Нанолитография
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( август 2021 г. ) |
| Часть серии статей о |
| Наноэлектроника |
|---|
| Одномолекулярная электроника |
| Твердотельная наноэлектроника |
| Связанные подходы |
| Порталы |
 Портал электроники |
Нанолитография ( НЛ ) – это развивающаяся область методов в рамках нанотехнологий, связанных с созданием (например, травлением, осаждением, письмом, печатью) структур нанометрового масштаба на различных материалах.
Современный термин отражает конструкцию сооружений, построенных в пределах 10 −9 до 10 −6 метров, то есть в нанометровом масштабе. По сути, эта область является производной от литографии , охватывающей только очень маленькие структуры. Все методы НЛ можно разделить на четыре группы: фотолитография , сканирующая литография, мягкая литография и другие разные техники. [ 1 ]
История
[ редактировать ]NL возникла из-за необходимости увеличения количества субмикрометровых элементов (например, транзисторов, конденсаторов и т. д.) в интегральной схеме, чтобы соответствовать закону Мура . Хотя методы литографии существуют с конца 18 века, ни один из них не применялся к наноразмерным структурам до середины 1950-х годов. С развитием полупроводниковой промышленности резко возрос спрос на методы, позволяющие создавать микро- и наноструктуры. Фотолитография была впервые применена к этим структурам в 1958 году, когда началась эпоха нанолитографии. [ 2 ]
С тех пор фотолитография стала наиболее коммерчески успешным методом, позволяющим создавать узоры размером менее 100 нм. [ 3 ] Существует несколько методов, связанных с этой областью, каждый из которых предназначен для широкого применения в медицинской и полупроводниковой промышленности. Прорывы в этой области вносят значительный вклад в развитие нанотехнологий и становятся все более важными сегодня, поскольку спрос на все меньшие и меньшие компьютерные чипы растет. Дальнейшие области исследований связаны с физическими ограничениями поля, сбором энергии и фотоникой . [ 3 ]
Этимология
[ редактировать ]Греческое слово «нанолитография» можно разделить на три части: «нано» означает «карлик», «лит» означает «камень» и «графия» означает «писать» или «крошечное письмо на камне».
Фотолитография
[ редактировать ]По состоянию на 2021 год фотолитография является наиболее широко используемым методом массового производства микроэлектроники и полупроводниковых приборов . Для него характерна как высокая производительность производства, так и малогабаритность моделей.
Оптическая литография
[ редактировать ]Оптическая литография (или фотолитография) — один из наиболее важных и распространенных методов в области нанолитографии. Оптическая литография включает в себя несколько важных производных методов, все из которых используют очень короткие длины волн света, чтобы изменить растворимость определенных молекул, заставляя их смывать раствор, оставляя после себя желаемую структуру. Некоторые методы оптической литографии требуют использования иммерсии жидкости и множества технологий повышения разрешения, таких как маски фазового сдвига (PSM) и оптическая коррекция близости (OPC). Некоторые из методов, включенных в этот набор, включают многофотонную литографию , рентгеновскую литографию , нанолитографию со световым взаимодействием (LCM) и литографию в крайнем ультрафиолете (EUVL). [ 3 ] Этот последний метод считается наиболее важным методом литографии следующего поколения (NGL) из-за его способности создавать структуры с точностью до 30 нанометров при высокой производительности, что делает его жизнеспособным вариантом для коммерческих целей.
Квантовая оптическая литография
[ редактировать ]Квантовая оптическая литография (QOL) - это метод, не ограниченный дифракцией, позволяющий писать с разрешением 1 нм. [ 4 ] оптическим путем с использованием красного лазерного диода (λ = 650 нм). Сложные узоры, такие как геометрические фигуры и буквы, были получены с разрешением 3 нм. [ 5 ] на резистивной подложке. Метод был применен к наноструктурам графена с разрешением 20 нм. [ 6 ]
Сканирующая литография
[ редактировать ]Электронно-лучевая литография
[ редактировать ]Электронно-лучевая литография (EBL) или электронно-лучевая литография прямой записи (EBDW) сканирует сфокусированный луч электронов на поверхности, покрытой электронно-чувствительной пленкой или резистом (например, PMMA или HSQ ), для рисования нестандартных форм. Путем изменения растворимости резиста и последующего избирательного удаления материала путем погружения в растворитель было достигнуто разрешение менее 10 нм. с прямой записью Эта форма литографии без маски имеет высокое разрешение и низкую пропускную способность, что ограничивает одноколоночные электронные лучи изготовлением фотомасок , мелкосерийным производством полупроводниковых устройств , а также исследованиями и разработками. Целью многоэлектронного пучка является увеличение производительности массового производства полупроводников. EBL можно использовать для селективного создания нанопаттернов белков на твердой подложке с целью сверхчувствительного зондирования. [ 7 ] Резисты для EBL можно упрочнить с помощью последовательного инфильтрационного синтеза (SIS).
Сканирующая зондовая литография
[ редактировать ]Сканирующая зондовая литография (SPL) — это еще один набор методов создания рисунка нанометрового масштаба вплоть до отдельных атомов с использованием сканирующих зондов либо путем травления нежелательного материала, либо путем прямой записи нового материала на подложку. Некоторые из важных методов в этой категории включают нанолитографию пером , термохимическую нанолитографию , термосканирующую зондовую литографию и нанолитографию локального окисления . Нанолитография пером является наиболее широко используемым из этих методов. [ 8 ]
Запись протонного луча
[ редактировать ]В этом методе используется сфокусированный луч протонов высокой энергии (МэВ) для создания рисунка на резистивном материале наноразмеров, и было показано, что он способен создавать рисунки с высоким разрешением значительно ниже отметки 100 нм. [ 9 ]
Литография заряженных частиц
[ редактировать ]К этому набору методов относятся ионно- и электронно-проекционная литографии. Ионно-лучевая литография использует сфокусированный или широкий луч энергичных легких ионов (например, He + ) для переноса рисунка на поверхность. Используя ионно-лучевую литографию (IBL), наноразмерные элементы можно переносить на неплоские поверхности. [ 10 ]
Мягкая литография
[ редактировать ]В мягкой литографии используются эластомерные материалы, изготовленные из различных химических соединений, таких как полидиметилсилоксан . Эластомеры используются для изготовления штампов, форм или масок (аналог фотомаски ), которые, в свою очередь, используются для создания микрорисунков и микроструктур. [ 11 ] Описанные ниже методы ограничены одним этапом. Последующее формирование рисунка на одних и тех же поверхностях затруднено из-за проблем с несовпадением. Мягкая литография непригодна для производства полупроводниковых приборов, так как не дополняет осаждение и травление металлов. Эти методы обычно используются для химического нанесения рисунка. [ 11 ]
ПДМС-литография
[ редактировать ]Микроконтактная печать
[ редактировать ]Многослойная мягкая литография.
[ редактировать ]Разные техники
[ редактировать ]Наноимпринтная литография
[ редактировать ]Наноимпринтная литография (NIL) и ее варианты, такие как пошаговая литография и направленная печать с помощью лазера (LADI), являются многообещающими технологиями репликации наноструктур, в которых узоры создаются путем механической деформации отпечаточных резистов, обычно мономерных или полимерных образований, которые представляют собой отверждается под воздействием тепла или УФ- излучения во время печати. [ нужна ссылка ] Эту технику можно комбинировать с контактной печатью и холодной сваркой . Наноимпринтная литография способна создавать узоры размером менее 10 нм. [ нужна ссылка ]
Магнитолитография
[ редактировать ]Магнитолитография (МЛ) основана на наложении магнитного поля на подложку с помощью парамагнитных металлических масок, называемых «магнитной маской». Магнитная маска, аналогичная фотомаске, определяет пространственное распределение и форму приложенного магнитного поля. Второй компонент — ферромагнитные наночастицы (аналог Фоторезиста ) , которые собираются на подложке согласно полю, индуцированному магнитной маской.
Рисунок нанофонтана
[ редактировать ]Нанофонтанный зонд — это микрофлюидное устройство, по своей концепции аналогичное перьевой ручке , которое наносит узкую дорожку химического вещества из резервуара на подложку в соответствии с запрограммированной моделью движения. [ 12 ]
Наносферная литография
[ редактировать ]В наносферной литографии в качестве масок испарения используются самоорганизующиеся монослои сфер (обычно изготовленных из полистирола ). Этот метод использовался для изготовления массивов золотых наноточек с точно контролируемыми интервалами. [ 13 ]
Литография нейтральных частиц
[ редактировать ]Литография нейтральных частиц (NPL) использует широкий луч энергичных нейтральных частиц для переноса рисунка на поверхность. [ 14 ]
Плазмонная литография
[ редактировать ]Плазмонная литография использует возбуждение поверхностных плазмонов для создания структур за дифракционным пределом, используя свойства ограничения субволнового поля поверхностных плазмонных поляритонов . [ 15 ]
Трафаретная литография
[ редактировать ]Трафаретная литография — это параллельный метод изготовления рисунков нанометрового масштаба, не требующий сопротивления, с использованием апертур нанометрового размера в качестве теневых масок .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хоукс, Питер В. (2010). Достижения в области визуализации и электронной физики. Том 164 . Амстердам: Академическая пресса. ISBN 978-0-12-381313-8 . OCLC 704352532 .
- ^ «Джей В. Латроп | Музей истории компьютеров» . www.computerhistory.org . Проверено 18 марта 2019 г.
- ^ Jump up to: а б с «ASML: Пресса – Пресс-релизы – ASML достигает соглашения на поставку минимум 15 систем литографии EUV» . www.asml.com . Архивировано из оригинала 18 мая 2015 г. Проверено 11 мая 2015 г.
- ^ Павел, Е; Джинга, С; Василе, Б.С.; Динеску, А; Маринеску, В; Труска, Р; Тоса, Н. (2014). «Квантовая оптическая литография от разрешения 1 нм до переноса рисунка на кремниевую пластину». Выбирайте лазерную технологию . 60 : 80–84. Бибкод : 2014OptLT..60...80P . дои : 10.1016/j.optlastec.2014.01.016 .
- ^ Павел, Е; Продан, Г; Маринеску, В; Труска, Р. (2019). «Последние достижения в области квантовой оптической литографии от 3 до 10 нм». Дж. Микро/Нанолит. МЭМС МОЭМС . 18 (2): 020501. Бибкод : 2019JMM&M..18b0501P . дои : 10.1117/1.JMM.18.2.020501 . S2CID 164513730 .
- ^ Павел, Е; Маринеску, В; Лунгулеску, М (2019). «Наноструктурирование графена методом квантовой оптической литографии». Оптик . 203 : 163532. doi : 10.1016/j.ijleo.2019.163532 . S2CID 214577433 .
- ^ Шафаг, Реза; Вастессон, Александр; Го, Вэйджин; из Вейнгаарта — Воутер; Харальдссон, Томми (2018). «Электронно-лучевое наноструктурирование и биофункционализация тиол-енового резиста прямым щелчком» . АСУ Нано . 12 (10): 9940–9 дои : 10.1021/acsnano.8b03709 . ПМИД 30212184 . S2CID 52271550 .
- ^ Со, Хёнсок Т.; Гуарини, Кэтрин Уайлдер; Куэйт, Кэлвин Ф. (2001), Со, Хёнсок Т.; Гуарини, Кэтрин Уайлдер; Куэйт, Кэлвин Ф. (ред.), «Введение в сканирующую зондовую литографию», Сканирующая зондовая литография , Microsystems, vol. 7, Springer US, стр. 1–22, номер документа : 10.1007/978-1-4757-3331-0_1 , ISBN. 9781475733310
- ^ Ватт, Фрэнк (июнь 2007 г.). «Письмо протонного луча» . Материалы сегодня . 10 (6): 20–29. дои : 10.1016/S1369-7021(07)70129-3 .
- ^ Парих, Д.; Крейвер, Б.; Ноуну, HN; Фонг, ФО; Вулф, Дж. К. (2008). «Определение наномасштабного рисунка на неплоских поверхностях с использованием ионно-лучевой литографии и конформного плазменного резиста». Журнал микроэлектромеханических систем . 17 (3): 735–740. дои : 10.1109/JMEMS.2008.921730 .
- ^ Jump up to: а б Бардеа, А.; Йоффе, А. (2017). «Магнито-литография, простой и недорогой метод высокопроизводительного нанесения поверхностного рисунка». Транзакции IEEE по нанотехнологиям . 16 (3): 439–444. Бибкод : 2017ITNan..16..439B . дои : 10.1109/TNANO.2017.2672925 . S2CID 47338008 .
- ^ Лох, ОЙ; Хо, AM; Рим, Дж. Э.; Кохли, П.; Патанкар, Северная Каролина; Эспиноза, HD (2008). «Прямая доставка белков, индуцированная электрическим полем, с помощью нанофонтанного зонда» . Труды Национальной академии наук . 105 (43): 16438–43. Бибкод : 2008PNAS..10516438L . дои : 10.1073/pnas.0806651105 . ПМЦ 2575438 . ПМИД 18946047 .
- ^ Хацор-де Пиччиотто, А.; Висснер-Гросс, AD; Лавалле, Г.; Вайс, PS (2007). «Массивы органических кластеров с комплексом Cu (2+), выращенных на золотых наноточках» (PDF) . Журнал экспериментальной нанонауки . 2 (1): 3–11. Бибкод : 2007JENan...2....3P . дои : 10.1080/17458080600925807 . S2CID 55435913 .
- ^ Вулф, Дж. К.; Крейвер, БП (2008). «Литография нейтральных частиц: простое решение проблемы артефактов, связанных с зарядом, при бесконтактной печати ионным лучом». Дж. Физ. Д: Прил. Физ . 41 (2): 024007. doi : 10.1088/0022-3727/41/2/024007 .
- ^ Се, Чжихуа; Ю, Вэйсин; Ван, Тайшэн; и др. (31 мая 2011 г.). «Плазмонная нанолитография: обзор». Плазмоника . 6 (3): 565–580. дои : 10.1007/s11468-011-9237-0 . S2CID 119720143 .
