Запись протонным пучком (или запись p-пучком) - это процесс литографии с прямой записью, в котором используется сфокусированный пучок протонов высокой энергии ( МэВ ) для создания рисунка на резистивном материале наноразмеров. Этот процесс, хотя во многом похож на прямую запись с использованием электронов , тем не менее предлагает некоторые интересные и уникальные преимущества.
Протоны , которые примерно в 1800 раз массивнее электронов , проникают глубже в материалы и движутся почти по прямому пути. Эта особенность позволяет изготавливать трехмерные конструкции с высоким соотношением сторон с вертикальными гладкими боковыми стенками и низкой шероховатостью кромок. Расчеты также показали, что запись p-пучком демонстрирует минимальные эффекты близости (нежелательное воздействие из-за вторичных электронов), поскольку вторичные электроны, индуцированные в столкновениях протонов и электронов, имеют низкую энергию. Еще одно преимущество проистекает из способности протонов вытеснять атомы при прохождении через материал, тем самым увеличивая локализованное повреждение, особенно в конце диапазона. Запись с помощью P-луча создает резистивные рисунки на глубине в кремнии, что позволяет создавать рисунок на селективных областях с различными оптическими свойствами, а также удалять неповрежденные области с помощью электрохимического травления.
Первичные механизмы для создания структур в материалах резиста, как правило, представляют собой разрыв связи в положительных резистах, таких как ПММА (полиметилметакрилат), или сшивание в отрицательных резистах, таких как SU-8 . В положительном резисте области, поврежденные протонами, удаляются химическим проявлением для создания структур, тогда как в отрицательном резисте процедуры проявления удаляют неповрежденный резист, оставляя сшитые структуры позади. При записи электронным пучком первичные и вторичные электроны создают расщепление или сшивание, тогда как при записи p-пучком повреждение вызывается вторичными электронами, индуцированными протонами на коротком расстоянии . Протонов флюенс , необходимый для воздействия изменяется от 30-150 nCmm -2 в зависимости от резиста материала и составляет около 80-100 раз меньше , чем требуется в письменной форме электронного пучка. Примечание : единица плотности энергии при записи протонного пучка обычно выражается в «заряд / площадь». Его можно преобразовать в «частицы / площадь», разделив «заряд / площадь» на заряд протона, Q = 1602 · 10 -19 Кл .
Запись с помощью P-луча - это новая технология с большим потенциалом, и как текущие экспериментальные данные, так и теоретические прогнозы указывают на то, что трехмерное структурирование размером менее 10 нм возможно. Однако отсутствие удобного для пользователя коммерческого прибора с небольшой площадью основания в настоящее время сдерживает потенциально широкий спектр областей применения, в которых запись p-луча может оказать существенное влияние. Надеюсь, этот вопрос будет решен в ближайшем будущем.