Ионно-лучевая лепка
Ионно-лучевая скульптура — это двухэтапный процесс создания твердотельных нанопор . Сам термин был придуман Головченко и его коллегами из Гарварда в статье «Ионно-лучевая скульптура в нанометровых масштабах». [ 1 ] При этом твердотельные нанопоры образуются за счет бокового переноса массы вокруг поверхности подложки, а не просто за счет распыления , которое представляет собой удаление материала с поверхности.
Основа
[ редактировать ]Первым шагом в ионной скульптуре является создание сквозного или глухого отверстия (не проникающего полностью), чаще всего с использованием сфокусированного ионного луча (FIB). Отверстия обычно имеют диаметр около 100 нм, но их можно сделать намного меньше. Этот шаг может выполняться, а может и не выполняться при комнатной температуре , при низкой температуре -120 C. Далее, для «лепки» отверстия можно использовать три распространенных метода: ионное воздействие на широкую площадь, воздействие TEM и воздействие FIB. Отверстия можно закрыть полностью или оставить открытыми при нижнем пределе 1–10 нм .
Обширное воздействие ионов
[ редактировать ]В этом методе используется аргона луч источника ионов широкой площади . Если отверстие слепое ( слепое отверстие — это отверстие, которое еще не прорвалось с обратной стороны), пластину (часто SiN или кремний/ оксид кремния ) затем переворачивают вверх дном и подвергают воздействию луча аргона . Детектор подсчитывает количество ионов, проходящих через мембрану (которое должно быть равно нулю). Процесс останавливается, когда начинают обнаруживаться ионы. Это позволяет открыть отверстие гораздо меньшего размера, чем при использовании только FIB. Этот метод изготовления нанопор основан на использовании ионного луча для удаления (распыления) части материала с задней части образца, обнажая часть отверстия под ним.
Альтернативно, если отверстие уже профрезеровано в подложке, луч аргона направляется на пластину, и за счет бокового массопереноса атомы из других частей пластины перемещаются к краю отверстия. Именно этот процесс изготовления твердотельных нанопор первоначально назывался «ионно-лучевой скульптурой». Первостепенное значение в этом методе имеет возможность использовать систему с обратной связью для мониторинга изготовления нанопор в режиме реального времени. Детектор регистрирует количество ионов, прошедших через отверстие, в зависимости от времени. Когда отверстие закрывается от примерно 100 нм до своего окончательного размера (> 20 нм), количество ионов, способных пройти через отверстие, уменьшается. Процесс останавливают при достижении конечного размера пор. Если ток упадет до нуля, отверстие закроется. Этот процесс изготовления нанопор используется в лабораториях Дж. Ли и Ю. Головченко. По состоянию на 2006 год было показано, что этот метод применим ко всем благородным газам , а не только к аргону. [ 2 ]
ТЕМ-экспозиция
[ редактировать ]Сквозное отверстие в пластине можно закрыть с помощью просвечивающего электронного микроскопа . Из-за накопления углеводородов электроны стимулируют закрытие дырок. уходит более часа Этот метод очень медленный: на закрытие дыры диаметром 100 нм ; Преимущество этого метода заключается в том, что можно наблюдать за уменьшением отверстия, что позволяет хорошо контролировать размер отверстия, но это занимает много времени. Цитирование: Т.Шенкель, В.Радмилович, Э.А.Стах, С.-Дж.Парк, А.Персо, J.Va.Sci.Tech.B 21, 2720 (2003).
Воздействие ФИБ
[ редактировать ]Это самый простой из методов, но наименее полезный. После фрезерования отверстия с помощью FIB его можно визуализировать, как и с помощью метода TEM. Ионы стимулируют движение пластины, а также имплантируются, помогая закрыть отверстие. В отличие от двух других методов, отверстия, закрытые в этом методе, не являются гладкими или круглыми; на фотографиях TEM они выглядят неровными. Кроме того, гораздо сложнее контролировать размер отверстия в режиме одного нанометра. Еще одним недостатком является то, что при визуализации отверстия ионный луч постоянно распыляет материал мембраны. Если область сканирования луча достаточно велика, скорость движения атомов, закрывающих отверстие, будет больше, чем скорость распыления, поэтому отверстие закроется. Если мембрана слишком тонкая или область сканирования слишком мала, то скорость распыления выиграет, и отверстие откроется. Альтернативный метод моделирования ионным пучком был разработан с использованием коммерчески доступной системы FIB. [ 3 ] Этот метод лепки [ 4 ] может изготавливать симметрично круглые нанопоры с гладкими краями, а также одновременно создавать несколько нанопор одинаковой формы и размера. В зависимости от разрешения и рабочего состояния прибора этот метод может создавать нанопоры симметричной формы диаметром менее 10 нм.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дж. Ли, Д. Стейн, К. Макмаллан, Д. Брэнтон, М. Дж. Азиз и Дж. А. Головченко, Nature, 412, 166 (2001) [1]
- ^ К. Кай, Б. Ледден, Э. Крюгер, Дж. Головченко и Дж. Ли, Журнал прикладной физики, 100 (2006) [2]
- ^ «Коммерчески доступный ФИБ» . Архивировано из оригинала 30 июля 2007 г. Проверено 3 августа 2007 г.
- ^ Ло, Чи Джен; Ареф, Томас; Безрядин, Алексей (14 июля 2006 г.). «Чих Джен Ло, Томас Ареф и Алексей Безрядин, 2006 Нанотехнологии 17 3264-3267» . Нанотехнологии . 17 (13): 3264–3267. дои : 10.1088/0957-4484/17/13/031 . S2CID 18884262 .