Nagyfeloldású Mikroszkópia Dr. Szabó István 9. Litográfia TÁMOP C-12/1/KONV projekt „Ágazati felkészítés a hazai ELI projekttel összefüggő képzési és K+F feladatokra"

9. Litográfia Elmélet – A litográfiás módszerek alapjai – Nanolitográfiás technikák – Alkalmazási lehetőségek Gyakorlat – A litográfiás folyamat vezérlése Segédanyagok

Litográfiás módszerek alapjai

A hagyományos litográfia A litográfiás folyamat a gyártástechnológiában – Litográfiára alkalmas réteg felvitele a felületer – A litográfiás minta írása – A maszk előállítása a minta előhívásával – A litográfiás réteg eltávolítása

Optikai litográfia Tömegtermelés, elsődleges technológia Az IC gyártási folyamat meghatározó eleme A hullámhossz alatti struktúrák kialakítása komplex maszk tervezéssel Pozitív és negatív maszkolás alkalmazása Maszk : Implantálás, bevonás, oxidálás, maratás Magas tisztasági követelmények: – tisztaszoba – vákuum

Elektronsugaras litográfia – Litográfiás maszk készítése, lassú Felbontást meghatározó tényezők – Nyaláb intezitás – Gyorsító feszültség – Dózis – Elektron szóródás – Előhívási idő

Protonnyaláb litográfia Fókuszált protonnyaláb – Nagy litográfiás mélység – Jól szabályozható behatolás Proton tömeg 1800x elektron tömeg – Nagy mélység/szélesség arány – Minimális oldalirányú szóródás (szomszédsági hatás) – Nagy energia átadás, lokális atom kilökés – Nagy energiaátadás a nyom végénél Szelektív maratási lehetőség Közvetlen írás a hordozóba (Si módosítás)

Nanolitográfiás technikák

Nanolitográfia Közeli tér módszerek – Nanoméretű struktúrák előállítása – Felületei atomok mozgatása A nanotechnológia lehetősége – Atomi szintű manipuláció – Atomi szintű vizsgálat – A kettő egyidejű megvalósítása

AFM/STM litográfiás módszerek Lokális oxidáció Lokális kémiai reakció Fényindukált lokális változások Elektrokémiai anyagleválasztás Atomok eltávolítása a felületről Atomok áthelyezése a tű segítségével

A kölcsönhatás szabályozása A tű hatása a felületi atomokra Feszültség impulzusok alkalmazása A termikus mozgás hatásainak kiküszöbölése Egyéb típusú kölcsönhatások és alkalmazási lehetőségei

Atomok mozgatása Laterális – mozatás a felületen Vertikális – mozgatás a tű és a minta között

Felületi struktúrák kialakítása A felületi atomok a felületi állapotok szórócentrumai Az atomok átrendezésével szabályos struktúrák hozhatók létre, amelyek a felületi elektron-állapotokon interferencia mintát generálnak Kvantum koral

Felületi mágneses struktúrák Mágneses atomok láncának létrehozása A lánc és a felületi atomok közti kölcsönhatás révén kialakuló mágneses anizotrópia különleges mágneses struktúrákat eredményez Elméleti modellek és kísérleti eredmények összevetése, a kölcsönhatások értelmezése

Felület módosítás AFM-el Mechanikai kölcsönhatás a tű és a minta között: – Abszorbeált molekulák eltávolítása – Felületi karcok létrehozása – Mechanikai felületmódosítás Egyéb kölcsönhatások – Lokális melegítés, termikus csatolás – Optikai litográfia SNOM technikával

DPNL – mártott toll nanolitográfia A páratartalommal szabályozott méretű vízcsepp „Festék” molekulával borított tű, kapillaris molekula átvitel

Hatásfok növelése Többszörös / párhuzamos írófejek alkalmazása Adattárolás – Milliped – Mágneses mintázat kialakítása Litográfia – DPN hegy mátrix segítségével – Sokszorosítás nano-lenyomatok készítésével

Alkalmazási lehetőségek

Kémiai érzékenység módosítása – A tű végére tapadt atom elektronszerkezete, kémiai kötési lehetőségei határozzák meg a kölcsönhatást: szelektív próba Kontraszt változás a leképezés során Értelmezés a felületre atom hatásának figyelembe vételével (H, O,..) Egyedi nanoelektronikai elemek létrehozása és vizsgálata Nanotechnológiai kutatás

A litográfiás folyamat vezérlése Gyakorlati feladatok

Litográfiás gyakorlat Litográfiás minta előállítása Litográfiás minta írása A litográfia paraméterinek módosítása A kialakult minták vizsgálata

Ellenőrző kérdések

1.Milyen szerepe van az optikai litográfiának? 2.Mik az elektronlitográfiás írást befolyásoló tényezők? 3.Milyen sajátosságai vannak a protonlitográfiának? 4.Miért előnyös a pásztázó próba mikroszkópia a litográfiában? 5.Hogy valósítható meg a felület módosítása AFM segítségével? 6.Hogy lehet molekula mintázatokat felvinni egy felületre? 7.Hogy történik az atomok mozgatása a felületen? 8.Milyen alkalmazási lehetőségei vannak a felületen atomi átrendezéssel kialakított struktúráknak? 9.Hogy növelhető a nanolitográfiás módszer hatékonysága? 10.Hogy szabályozható a kölcsönhatás az STM tű és egy felületi atom között?

Segédanyagok

Kiegészítő olvasmányok Review: Nanoscale materials patterning and engineering by atomic force microscopy nanolithography – nanolithography%20review.pdf nanolithography%20review.pdf The boy and his atoms (IBM) – atoms.shtml#fbid=jXnxTmdp_7q atoms.shtml#fbid=jXnxTmdp_7q

Programok GWYDDION SPM kép megjelenítő és manipuláló program –

Nagyfeloldású Mikroszkópia Dr. Szabó István KÖSZÖNÖM A FIGYELMET ! TÁMOP C-12/1/KONV projekt „Ágazati felkészítés a hazai ELI projekttel összefüggő képzési és K+F feladatokra"