Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Осаждение, индуцированное электронным пучком (EBID) - это процесс разложения газообразных молекул электронным пучком, приводящий к осаждению нелетучих фрагментов на близлежащую подложку. Электронный пучок обычно создается с помощью сканирующего электронного микроскопа , что обеспечивает высокую пространственную точность (потенциально менее одного нанометра) и возможность создания отдельно стоящих трехмерных структур.

Процесс [ править ]

Схема процесса EBID
Настройка EBID

Обычно используется сфокусированный электронный луч сканирующего электронного микроскопа (SEM) или сканирующего просвечивающего электронного микроскопа (STEM). Другой метод - это осаждение, индуцированное ионным пучком (IBID), когда вместо него применяется сфокусированный ионный пучок . Материалы-предшественники обычно являются жидкими или твердыми и газифицируются перед осаждением, обычно посредством испарения или сублимации , и вводятся с точно контролируемой скоростью в камеру высокого вакуума электронного микроскопа. В качестве альтернативы твердые прекурсоры могут быть сублимированы самим электронным пучком.

Когда осаждение происходит при высокой температуре или с участием агрессивных газов, используется специально разработанная камера для осаждения; [1] он изолирован от микроскопа, и луч вводится в него через отверстие микрометрового размера. Небольшой размер отверстия поддерживает дифференциальное давление в микроскопе (вакуум) и камере осаждения (без вакуума). Такой режим осаждения использовался для EBID алмаза. [1] [2]

В присутствии газа-прекурсора электронный луч сканируется по подложке, что приводит к осаждению материала. Сканирование обычно управляется компьютером. Скорость осаждения зависит от множества параметров обработки, таких как парциальное давление прекурсора, температура подложки, параметры электронного пучка, приложенная плотность тока и т. Д. Обычно она составляет порядка 10 нм / с. [3]

Механизм осаждения [ править ]

Энергия первичных электронов в SEM или STEM обычно составляет от 10 до 300 кэВ, где реакции, вызванные электронным ударом, то есть диссоциация прекурсора, имеют относительно низкое поперечное сечение. Большая часть разложения происходит за счет удара электронов с низкой энергией: либо вторичными электронами с низкой энергией, которые пересекают границу раздела подложка-вакуум и вносят вклад в общую плотность тока, либо неупруго рассеянными (обратно рассеянными) электронами. [3] [4] [5]

Пространственное разрешение [ править ]

Первичные S (T) ЭМ электроны могут фокусироваться в пятна размером ~ 0,045 нм. [6] В то время как самые маленькие структуры, нанесенные до сих пор с помощью EBID, представляют собой точечные отложения диаметром ~ 0,7 нм. [7] отложения обычно имеют больший поперечный размер, чем размер пятна луча. Причина кроется в так называемых эффектах близости, означающих, что вторичные, обратные и прямые (если луч остается на уже осажденном материале) электроны способствуют осаждению. Поскольку эти электроны могут покидать подложку на расстоянии до нескольких микрон от точки попадания электронного луча (в зависимости от его энергии), осаждение материала не обязательно ограничивается облучаемым пятном. Для решения этой проблемы могут применяться алгоритмы компенсации, типичные для электронно-лучевой литографии.

Материалы и прекурсоры [ править ]

По состоянию на 2008 г. диапазон материалов, нанесенных EBID, включал Al, Au, аморфный углерод, алмаз, Co, Cr, Cu, Fe, GaAs, GaN, Ge, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Re, Si, Si 3 N 4 , SiO x , TiO x , W, [3] и расширялся. Ограничивающим фактором является доступность соответствующих прекурсоров, газообразных или имеющих низкую температуру сублимации.

Самыми популярными прекурсорами для осаждения элементарных твердых частиц являются карбонилы металлов со структурой Me (CO) x или металлоцены . Они легко доступны, однако из-за включения атомов углерода из лигандов CO отложения часто имеют низкое содержание металлов. [3] [8] Металл-галогеновые комплексы ( WF 6 и т. Д.) Приводят к более чистому осаждению, но с ними труднее обращаться, поскольку они токсичны и вызывают коррозию. [3] Составные материалы осаждаются из специально созданных экзотических газов, например, D 2 GaN 3 для GaN. [3]

Преимущества [ править ]

  • Очень гибкий в отношении формы и состава отложений; электронный луч контролируется литографически и доступно множество потенциальных прекурсоров
  • Боковой размер изготавливаемых конструкций и точность наплавки беспрецедентны.
  • Осажденный материал можно охарактеризовать с помощью методов электронной микроскопии ( ПЭМ , EELS , EDS , электронная дифракция ) во время или сразу после осаждения. Также возможно определение электрических и оптических характеристик на месте.

Недостатки [ править ]

  • Последовательное осаждение материала и низкие скорости осаждения в целом ограничивают производительность и, следовательно, массовое производство
  • Контроль элементного или химического состава отложений по-прежнему является серьезной проблемой, поскольку пути разложения прекурсора в основном неизвестны.
  • Эффекты близости могут привести к непреднамеренному расширению конструкции.

Осаждение, индуцированное ионным пучком [ править ]

Осаждение, индуцированное ионным пучком (IBID), очень похоже на EBID с той основной разницей, что вместо электронного пучка используется сфокусированный ионный пучок , обычно 30 кэВ Ga + . В обоих методах осаждение вызывает не первичный пучок, а вторичные электроны. IBID имеет следующие недостатки по сравнению с EBID:

  • Угловой разброс вторичных электронов больше в IBID, что приводит к более низкому пространственному разрешению.
  • Ионы Ga + вносят дополнительное загрязнение и радиационное повреждение в осажденную структуру, что важно для электронных приложений. [8]
  • Осаждение происходит в установке сфокусированного ионного пучка (FIB), что сильно ограничивает характеристики осадка во время или сразу после осаждения. Возможна только визуализация, подобная СЭМ, с использованием вторичных электронов, и даже такая визуализация ограничена короткими наблюдениями из-за повреждения образца пучком Ga + . Использование двухлучевого прибора, сочетающего в себе FIB и SEM, позволяет обойти это ограничение.

Преимущества IBID:

  • Намного более высокая скорость наплавки
  • Более высокая чистота

Фигуры [ править ]

Наноструктуры практически любой трехмерной формы могут быть нанесены с помощью компьютерного сканирования электронного луча. К основанию необходимо прикрепить только начальную точку, остальная часть конструкции может стоять отдельно. Полученные формы и приспособления замечательны:

  • Самый маленький магнит в мире [4]
  • Фрактальные нанодеревья [4]
  • Nanoloops (потенциальное устройство nano SQUID ) [4]
  • Сверхпроводящие нанопроволоки [8]

  • Снимки выращивания кукольной наноструктуры от IBID

  • Модель бактериофага, выращенного на ИБИД

  • Модель Пизанской башни, выращенная IBID

  • Буква Φ, выращенная EBID

См. Также [ править ]

  • Электронная микроскопия
  • Сфокусированный ионный пучок
  • Карбонил металла
  • Металлоцен
  • Металлоорганическая химия
  • Сканирующий электронный микроскоп
  • Сканирующая просвечивающая электронная микроскопия
  • Просвечивающая электронная микроскопия
  • Исследователь: Лиза МакЭлви-Уайт

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Киёхара, Сюдзи; Такамацу, Хидеаки; Мори, Кацуми (2002). «Микротехнология алмазных пленок методом локализованного электронно-лучевого химического осаждения из газовой фазы». Полупроводниковая наука и технология . 17 (10): 1096. Bibcode : 2002SeScT..17.1096K . DOI : 10.1088 / 0268-1242 / 17/10/311 .
  2. ^ Nayak, A .; Банерджи, HD (1995). «Активированное электронным пучком плазмохимическое осаждение из газовой фазы поликристаллических алмазных пленок». Physica Status Solidi . 151 (1): 107–112. Bibcode : 1995PSSAR.151..107N . DOI : 10.1002 / pssa.2211510112 .
  3. ^ a b c d e f Randolph, S .; Fowlkes, J .; Стойка, П. (2006). «Сфокусированное наномасштабное осаждение и травление под действием электронного пучка». Критические обзоры твердого тела и материаловедения . 31 (3): 55. Полномочный код : 2006CRSSM..31 ... 55R . DOI : 10.1080 / 10408430600930438 . S2CID 93769658 . 
  4. ^ а б в г К. Фуруя (2008). «Нанофабрикация с помощью передовой электронной микроскопии с использованием интенсивного сфокусированного луча» . Sci. Technol. Adv. Матер . 9 (1): 014110. Bibcode : 2008STAdM ... 9a4110F . DOI : 10.1088 / 1468-6996 / 9/1/014110 . PMC 5099805 . PMID 27877936 .  
  5. ^ М. Сонг и К. Фуруя (2008). «Изготовление и характеризация наноструктур на подложках изоляторов с помощью электронно-лучевого осаждения» . Sci. Technol. Adv. Матер . 9 (2): 023002. Bibcode : 2008STAdM ... 9b3002S . DOI : 10.1088 / 1468-6996 / 9/2/023002 . PMC 5099707 . PMID 27877950 .  
  6. ^ Эрни, Рольф; Росселл, доктор медицины; Киселёвский, C; Дахмен, У (2009). "Получение изображений с атомным разрешением с помощью электронного зонда менее 50 мкм" . Письма с физическим обзором . 102 (9): 096101. Bibcode : 2009PhRvL.102i6101E . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.102.096101 . PMID 19392535 . 
  7. ^ Ван Дорп, Виллем Ф. (2005). «Приближение к пределу разрешения нанометрового размера электронно-лучевого осаждения». Нано-буквы . 5 (7): 1303–7. Bibcode : 2005NanoL ... 5.1303V . DOI : 10.1021 / nl050522i . PMID 16178228 . 
  8. ^ a b c Люксмур, I; Росс, я; Куллис, А; Фрай, П; Орр, Дж; Пряжка, P; Джефферсон, Дж (2007). «Низкотемпературные электрические характеристики вольфрамовых нанопроволок, изготовленных методом химического осаждения из паровой фазы, индуцированного электронным и ионным пучком». Тонкие твердые пленки . 515 (17): 6791. Bibcode : 2007TSF ... 515.6791L . DOI : 10.1016 / j.tsf.2007.02.029 .

Внешние ссылки [ править ]

  • «Нанофабрикация: основы и приложения» Ред .: Ампер А. Ценг, World Scientific Publishing Company (4 марта 2008 г.), ISBN 981-270-076-5 , ISBN 978-981-270-076-6  
  • К. Молхаве: "Инструменты для манипуляций на месте и определения характеристик наноструктур", докторская диссертация, Технический университет Дании, 2004 г.