Mahalliy oksidlanish nanolitografiyasi - Local oxidation nanolithography

Mahalliy oksidlanish protsedurasi: Mahalliy oksidlanish nanolitografiyasi jarayonini 3D tasviri. AFM uchi va skanerlangan sirt o'rtasida qo'llaniladigan kuchlanish pulsi nanometrik oksidlanish reaktsiyasini cheklaydigan suyuq meniskus hosil bo'lishiga olib keladi.

Mahalliy oksidlanish nanolitografiyasi (LON) - bu uchiga asoslangan nanofabrikatsiya usul. Bu an-dagi kosmik qamoqqa asoslangan oksidlanish anning o'tkir uchi ostida reaktsiya atom kuchi mikroskopi.

LON namoyish qilingan birinchi materiallar Si (111) va polikristalli tantal. Keyinchalik, texnika kengaytirildi III –V yarim o'tkazgichlar, kremniy karbid, metallar kabi titanium, tantal, alyuminiy, molibden, nikel va niobiy; ning ingichka plyonkalari marganit ichida perovskit shakl; dielektriklar kabi kremniy nitridi, organosilan o'z-o'zidan yig'ilgan monolayerlar, dendritik makromolekulalar va uglerodli filmlar.[1]

Tarix

A yordamida sirtning mahalliy oksidlanishi skanerlash tekshiruvi Dagata va uning hamkasblari tomonidan birinchi marta 1990 yilda mahalliy modifikatsiyalangan a vodorod bilan yakunlangan silikon yuzasi ichiga kremniy dioksidi a uchi orasidagi yon kuchlanishni qo'llash orqali tunnel mikroskopini skanerlash va sirtning o'zi.[2] 1993 yilda Day va Alle an bilan oksidlanish bo'yicha mahalliy tajribalarni o'tkazish imkoniyatini namoyish etdilar atom kuchi mikroskopi, bu texnikani turli xil materiallarga tatbiq etishga yo'l ochdi.[3]

Asosiy printsip

Kontakt bo'lmagan rejimda mahalliy oksidlanish jarayonining bosqichlari. I: Maslahat doimiy amplituda tebranib turadigan kontaktsiz rejimda namunani skanerlash. II: kuchlanish pulsi qo'llanilganda uchi va namunasi orasidagi suyuqlik meniskusi elektr maydonidan kelib chiqadi. Ushbu suyuq meniskus oksidlanish reaktsiyasi o'tkaziladigan nanometr o'lchamdagi elektrokimyoviy hujayra kabi ishlaydi. III: Kuchlanish pulsi o'chirilganida, AFM mulohazalari uchini suyuq meniskusni cho'zgan namunadan tortib oladi. IV: Meniskus singanidan keyin uchi asl tebranish amplitudasini tiklaydi va skanerlashni davom ettiradi.

Hozirda mahalliy oksidlanish tajribalari an bilan bajarilmoqda atom kuchi mikroskopi operatsiya qilingan aloqa yoki aloqasiz rejim Qo'llash uchun qo'shimcha sxemalar bilan Kuchlanish uchi va namuna orasidagi impulslar. Mahalliy oksidlanish jarayoni suv hosil bo'lishi orqali amalga oshiriladi meniskus.[4]

Mahalliy Oksidlanish Nanolitografiyasini o'tkazish uchun nisbiy namlik AFM kamerasida 30% dan 60% gacha saqlanadi. Supero'tkazuvchilar AFM uchi va namuna o'rtasida kuchlanish pulsi qo'llaniladi. Amaldagi kuchlanish, kuchlanish pulsining amplitudasi ma'lum bir chegara kuchlanishidan yuqori bo'lganida, uchi va namuna o'rtasida suv ko'prigi hosil bo'lishiga olib keladi. Suyuq bo'lganda meniskus yaratilgan kuchlanish pulsi sabab bo'ladi oksidlanish sindirish orqali reaktsiya kovalent bog'lanishlar ichida suv molekulalar. Suyuq ko'prik oksianlar (OH−, O−) oksidni hosil qilish uchun kerak va oksidlanish uchun mintaqaning lateral kengayishini cheklaydi.

A-da Mahalliy Oksidlanishni boshqaradigan kimyoviy reaktsiyalar metall substrat (M) quyidagilar:[5]

esa vodorod AFM uchida gaz qaytarilish reaktsiyasi orqali ajralib chiqadi:

Volt pulsi o'chirilgan bo'lsa, AFM teskari aloqa majbur qiladi konsol namunadagi uchini chiqarib, suyuq meniskusni sindirib, dastlabki tebranish amplitudasini tiklash uchun. Nihoyat, AFM namunani skanerlashni davom ettiradi va shu bilan MO tasvirini olish imkoniyatini beradin Mahalliy Oksidlanish jarayonida ishlab chiqarilgan nanostruktura, uni tayyorlash uchun ishlatilgan uchi bilan.

Suyuq ko'priklarni yaratish usuli shu qadar aniqki, suvning 20 nm yoki undan past diametrli meniskus diametri olinadi. Bu kremniy va boshqa metall yuzalarda sub-10 nm tuzilmalarni takrorlanadigan ishlab chiqarishga olib keldi.

Eksperimental sozlash

Mahalliy oksidlanish tajribalarini deyarli har qanday turlari bilan bajarish mumkin atom kuchi mikroskopi. Asosiy talab - murojaat qilish imkoniyati Kuchlanish uchi va namuna orasidagi impulslar. Mikroskopni atmosfera boshqariladigan kameraga yopish tavsiya etiladi. Eng oddiy holatda oksidlovchi bu suv bug'lari, bu tabiiy ravishda mavjud havo. Nazorat qilish nisbiy namlik odatda ko'proq takrorlanadigan natijalarni olishga yordam beradi. Tayyorlangan xususiyatlarning o'lchami namuna va uchi orasidagi masofa, amplituda va kuchlanish pulsining davomiyligi va atmosferaning nisbiy namligi kabi bir qator parametrlarga bog'liq.

Ilovalar

Birinchi xatboshisi Servantes Don Kixot a-da yozilgan kremniy chip. Mahalliy oksidlanish texnikasi barcha kitoblarni (1000 betdan ortiq) bitta odamning uchi singari yuzada yozishga imkon beradi. Soch.

Nanometr o'lchovining rivojlanishi litografiyalar intensiv tadqiqot faoliyatining markazidir, chunki rivojlanish davom etmoqda nanotexnologiya nanometrli inshootlarni yasash, joylashtirish va o'zaro bog'lash qobiliyatiga bog'liq.

Naqshlash

Mahalliy Oksidlanish Nanolitografiyasi nanometr aniqligi bilan nuqta, chiziq va harflar kabi turli xil motivlarni yaratishga imkon beradi. 2005 yilda tadqiqotchilar Ispaniya Milliy tadqiqot kengashi yilda Madrid ning birinchi o'n qatorini yozgan Servantes Don Kixot bir necha kvadrat mikrometr kremniy ustida.[1] Ushbu naqshning ko'p qirraliligi uchun foydalanish mumkin axborotni saqlash yoki loyga chidamli dizayni uchun nanomasklar to'qish uchun nanotexnika vositalari shuningdek, boshqa ko'plab dasturlar.

Ma'lumotlarni saqlash

π yigirma o'nlikdan iborat raqam: 3.1415926535 8979323846 silikon yuzasida Local Oxidation tomonidan ikkilik kod bilan yozilgan.

Sirtning mahalliy oksidlanishi natijasida hosil bo'lgan nuqta o'xshash nanostrukturalar yordamida ma'lumotlarni saqlash mumkin. Ushbu xotira ikkilik kod nanostruktura mavjudligini 1 ga, uning etishmasligi 0 ga teng deb hisoblasak, shu bilan ma'lumotni kichik sirtda bitta SiO2 nuqta bit. 1999 yilda Kuper va boshq. ushbu usullar an axborot zichligi 1.6 dan Tbit / in2.[6] Biroq, faqat faqat o'qish uchun xotiralar ushbu texnika bilan to'qilishi mumkin.

Molekulyar shablonning o'sishi va imtiyozli cho'kmasi

Muayyan funktsionalizatsiyadan foydalanib, molekulalar va nanopartikullarni faqat substrat yuzasida juda kichik maydonlarda joylashtirish mumkin. LON imtiyozli o'sish uchun ushbu turdagi domenlarni ishlab chiqarishning kuchli texnikasi.
Ikki SiO2 chiziqlar LON tomonidan APTES bilan ishlaydigan substrat ustida to'qilgan. Mn ning 0,1 mm eritmasi yotqizilgandan keyin12 bitta molekula magnitlari faqat AFM tomonidan belgilanadigan hududlar ustiga yotqiziladi.

Kontakt bo'lmagan atomik-quvvatli mikroskopiya bilan kremniy sirtlarini lokal oksidlanishi - bu xususiyatlarning o'lchamlarini juda aniq boshqarishi tufayli nanometr miqyosida sirtlarga naqsh solish uchun paydo bo'lgan va istiqbolli usuldir. Ushbu texnikada yaratilgan funktsiyalar shablonning o'sishi va har xilning imtiyozli cho'ktirilishi uchun ishlatilishi mumkin molekulalar kabi bitta molekula magnitlari, biomolekulalar va konjuge organik molekulalar.Bu nanopozitsiya usuli ba'zi birlar tomonidan namoyish etilgan yangi xususiyatlar asosida yangi nanotexnika ishlab chiqarish uchun muhim vositadir. nanozarralar va molekulalar. Kabi bir molekulali magnitlarning (SMM) potentsial qo'llanilishi Mn12 ma'lumotlarni saqlash uchun bit sifatida yoki kubitlar uchun kvant hisoblash ushbu molekulalarni nanokalayz bilan boshqariladigan joylashtirish va / yoki manipulyatsiya qilish usullarini talab qiladi.[7] Mnning namunasi12 kremniy sirtidagi molekulalarga avval bu sirtni a bilan hosil qilish orqali erishiladi o'z-o'zidan yig'ilgan monolayer ning APTES, bu uni bekor qiladi amino guruhlar (-NH2). Bunday tugatish Mn12 molekulalarini elektrostatik ravishda qaytaradi. Keyinchalik, kremniy dioksidning namunasi LON tomonidan belgilanadi. SMM molekulalari asosan elektrostatik tortishish tufayli oksidli motivlarga yotqizilgan. LON va Mn tomonidan ishlab chiqarilgan kremniy oksidi orasidagi elektrostatik tortishish12 molekulalar ushbu molekulalarning imtiyozli cho'ktirilishini nanoskopik aniqlik bilan amalga oshiradi.

Nanotexnika qurilmalarini ishlab chiqarish

Nanotexnologiyaning "Top-Down" yondoshuvi yordamida SiNW ni ishlab chiqarish uchun nanomask LON tomonidan "Silicon On Insulator" substratida tayyorlanadi. SOI qazilganidan keyin nanomask ostida SiNW aniqlanadi. Keyin nanomask HF bilan ishdan chiqariladi va nihoyat SiNW Electron Beam litografiyasi yordamida butun zanjirga ulanadi.
"NANO" atamasi bilan ishlab chiqarilgan SiNW nanotransistor. Ushbu naqsh faqat SiNW xususiyatlariga asoslangan holda yaxshi elektr reaktsiyasini namoyish etadi.

Mahalliy oksidlanish nanolitografiyasini etchga chidamli nanomaskalarni ishlab chiqarish vositasi sifatida foydalanib, nanosiqli elektron moslamalarni, masalan, ishlab chiqarish mumkin. dala effektli tranzistorlar, bitta elektronli tranzistorlar, Jozefson tutashgan joylar, kvant uzuklari yoki SQUIDLAR.[5] LON shuningdek, to'qib chiqarishga imkon beradi Silicon Nanowires (SiNWs) dan yuqoridan pastga qarab izolyatorda kremniy (SHUNDAY QILIB MEN) gofretlar.[8] Mahalliy oksidlanish nanolitografiyasi qurilmani ishlab chiqarishning nanometrik aniqligiga yordam beradi. Bu tepadan pastga ishlab chiqarish texnikasi turli xil turlarini tayyorlashga imkon beradi SiNWlar burchakdan dumaloqqa qadar turli shakllarga ega. Bundan tashqari, u silikon nanotarmoqlarni chumolining kerakli holatida aniq joylashishiga imkon beradi va uni osonlashtiradi integratsiya; haqiqatan ham ushbu texnik standart kremniyga mos keladi CMOS qayta ishlash texnologiyasi. Yagona kristalli kremniy nanotarmoqlari allaqachon ultrasensitiv sifatida katta imkoniyatlarni namoyish etgan sensorlar ma'lum bir analit mavjud bo'lganda nanoto'tkazgich o'tkazuvchanlikdagi o'zgarishlarni aniqlash orqali.[9] Shuning uchun mahalliy oksidlanish nanolitografiyasi biosensorlar qatorini amalga oshirishga imkon beradigan istiqbolli usuldir.

Adabiyotlar

  1. ^ a b Garsiya, R; Martines, RV; Martinez, J (2005). "Nano-kimyo va skanerlash nanolitografiyalari" (PDF). Kimyoviy. Soc. Rev. 35 (1): 29–38. doi:10.1039 / b501599p. PMID  16365640.
  2. ^ Dagata, JA; Shnayr, J; Xarari, HH; Evans, KJ; Postek, MT; Bennett, J (1990). "Havoda ishlaydigan tunnelli mikroskop yordamida vodorod bilan passivlangan kremniyni o'zgartirish". Qo'llash. Fizika. Lett. 56 (20): 2001. Bibcode:1990ApPhL..56.2001D. doi:10.1063/1.102999.
  3. ^ Kun, HC; Allee, DR (1993). "Tekshirish kuchi mikroskopi bilan kremniyning tanlab olinadigan oksidlanishi". Qo'llash. Fizika. Lett. 62 (21): 2691. Bibcode:1993ApPhL..62.2691D. doi:10.1063/1.109259.
  4. ^ Garsiya, R; Calleja, M; Rohrer, H (1999). "Kontakt bo'lmagan atomik kuch mikroskopi bilan kremniy sirtlariga naqsh solish: maydonda nanometrli suv ko'prigi hosil bo'lishi" (PDF). J. Appl. Fizika. 86 (4): 1898. Bibcode:1999 yil JAP .... 86.1898G. doi:10.1063/1.370985. hdl:10261/22353.
  5. ^ a b Tello, Marta; Garsiya, Fernando; Garsiya, Rikardo (2004). Bxusan, Bxarat; Fuchs, Xarald (tahrir). Amaliy skanerlash usullari IV - sanoat dasturlari. Berlin: Springer. pp.137 –158. ISBN  3-540-26912-6.
  6. ^ Kuper, EB; Manalis, SR; Tish, H; Dai, H; Matsumoto, K (1999). "Atom kuchi mikroskopi bilan kvadrat-dyuymli ma'lumotlarni saqlash". Qo'llash. Fizika. Lett. 75 (22): 3566. Bibcode:1999ApPhL..75.3566C. doi:10.1063/1.125390.
  7. ^ Koronado, E; Epstein, AJ (2009). "Molekulyar spintronika va kvant hisoblash". J. Mater. Kimyoviy. 19 (12): 1670–1671. doi:10.1039 / b901955n.
  8. ^ Martinez, J; Martines, RV; Garsiya, R (2008). "Atom kuchlari mikroskopi nanolitografiyasi bilan ishlab chiqarilgan kanalning kengligi 4 nm bo'lgan silikon nanowire transistorlar". Nano Lett. 8 (11): 3636–3639. Bibcode:2008 yil NanoL ... 8.3636M. doi:10.1021 / nl801599k. PMID  18826289.
  9. ^ Cui, Y; Vey, Q; Park, H; Lieber, CM (1999). "Biologik va kimyoviy turlarni yuqori sezgir va tanlab aniqlash uchun nanowire nanosensorlari". Ilm-fan. 293 (5533): 1289–92. Bibcode:2001 yil ... 293.1289C. doi:10.1126 / science.1062711. PMID  11509722.

Tashqi havolalar