سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
صنعت الکترونیک با فناوری فوتولیتوگرافی از پیش آشنا است چون این فناوری اخیراً برای ساخت ریزتراشه ها استفاده شده است. سازندگان می توانند این روش را با استفاده از پرتوهای الکترونی، اشعه ایکس و نور شدید ماوراءبنفش برای تولید نانوساختارها اصلاح نمایند.
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

شکستن اندازه ها تا ابعاد نانومتری

(قسمت سوم)


صنعت الکترونیک با فناوری فوتولیتوگرافی از پیش آشنا است چون این فناوری اخیراً برای ساخت ریزتراشه ها استفاده شده است. سازندگان می توانند این روش را با استفاده از پرتوهای الکترونی، اشعه ایکس و نور شدید ماوراءبنفش برای تولید نانوساختارها اصلاح نمایند.

قسمت اول، قسمت دوم

 

محدودیت های فوتولیتوگرافی

این فناوری با دو محدودیت مواجه است: اولی این است که کوچک ترین طول موج نور ماوراء بنفش که در فرآیندهای تولید استفاده شده است در حدود 250 نانومتر است. تلاش برای ساختن ساختارهای خیلی کوچک تر از این ابعاد مثل تلاش برای خواندن خطی است که فونت آن بسیار ریزتر از محدوده دسترسی چشم است. بهبودهای فنی متعدد این امکان را فراهم آورده است که محدودیت های فوتولیتوگرافی کنار گذاشته شود.

شکستن اندازه ها تا ابعاد نانومتری

کوچک ترین ساختارهایی که در تولید انبوه ایجاد شده است، مواردی بزرگ تر از 100 نانومتر بوده اند و مواردی نیز 70 نانومتر عرض داشته اند. این ساختارها هنوز آنقدر کوچک نیستند که از مفاهیم جالب علم نانو پیروی کنند. محدودیت دوم از اولی تبعیت می کند و آن مشکل هزینه ها است. ساخت ساختارهایی با استفاده از نور دشوار و بسیار پرهزینه است. ابزارهای فوتولیتوگرافی که بتوانند تراشه های نانومتری بسازند، بین 10 تا 100 میلیون دلار هزینه دارند. این هزینه برای صنعت پذیرفتنی باشد یا نباشد، قطعاً برای زیست شناسان، دانشمندان مواد، شیمیدانان و فیزیکدان ها که علم نانو را دنبال می کنند گران است.

صنعت الکترونیک به شدت علاقه مند به توسعه روش های جدیدی برای نانو ساخت است که در بلندمدت ساخت ابزارهای کوچک تر، سریع تر و ارزان تر را ممکن سازد. این یک انقلاب طبیعی از میکروالکترونیک به نانوالکترونیک است. اما از آنجا که با کاهش ابعاد ساختارها فوتولیتوگرافی معمول بسیار دشوارتر خواهد شد، سازندگان به دنبال روش های دیگری هستند که نانوتراشه های آینده را با آن بسازند.

 

معایب فوتولیتوگرافی

اصلاحات مورد نیاز پرهزینه و از نظر فنی دشوار است. استفاده از پرتوهای الکترونی برای تدارک نانو ساختارها گران و کند است. اشعه ایکس و نور شدید ماورا بنفش نیز ممکن است تجهیزات مورد استفاده در فرآیند را خراب کنند.

 

شکستن اندازه ها تا ابعاد نانومتری

توسعه روش های لیتوگرافی

جهت دستیابی به رزولوشن بالاتر و ابعاد کوچکتر در مقیاس نانو، نیاز است که طول موج نور مورد استفاده کاهش یابد. جهت غلبه بر این مشکل، روش های دیگر لیتوگرافی مانند روش های مبتنی بر استفاده از باریکه ذرات، توسعه پیدا کردند. در این روش‌ها یون ها، الکترون ها یا اتم های خنثی برای جدا کردن بخشی از سطح استفاده می شوند. بنابراین تولید ساختارهایی با ابعاد کوچکتر با استفاده از لیتوگرافی حد نهایی اشعه ماوراء بنفش (EUV= Extreme UltraViolet Lithography)، لیتوگرافی اشعه X، لیتوگرافی باریکه الکترونی (EBL= Electron Beam Lithography) ، لیتوگرافی باریکه یونی متمرکز شده (FIB= Focused Ion Beam Lithography)، لیتوگرافی میکروسکوپ پروب روبشی و روش های بر پایه مهر (استامپ) امکان پذیر می‌گردد.

صنعت الکترونیک به شدت علاقه مند به توسعه روش های جدیدی برای نانو ساخت است که در بلندمدت ساخت ابزارهای کوچک تر، سریع تر و ارزان تر را ممکن سازد. این یک انقلاب طبیعی از میکروالکترونیک به نانوالکترونیک است

روش لیتو گرافی باریکه الکترونی

لیتوگرافی باریکه الکترونی (EBL= Electron Beam Lithography) یک روش بسیار دقیق با رزولوشن بسیار بالا برای ایجاد طرح می باشد. در این روش از یک باریکه الکترونی به خوبی متمرکز شده با انرژی 300-2 کیلوالکترون ولت، تولید شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری، برای ایجاد طرح های خطی ظریف بر روی ماده نیمه هادی پوشش داده شده با ماده مقاوم، استفاده می شود.

درواقع دراین روش، طرح مدار با استفاده از پرتو الکترونی روی لایه نازکی از پلیمر نوشته می شود. پرتو الکترونی در ابعاد اتمی متفرق نمی شود، بنابراین لبه های طرح دیگر مانند روش لیتوگرافی ناخوانا نیست. محققان از این روش برای ترسیم خطوطی با پهنای چند نانومتر روی سطح سیلیکون آغشته به مقاومت نوری استفاده کرده اند.

شکستن اندازه ها تا ابعاد نانومتری

با وجود جرم بسیارکم الکترون ها و وجود نسبت بالای بار به جرم آنها، امکان متمرکز کردن و هدایت آنها با استفاده از میدان های نسبتاً کم مغناطیسی و الکتریکی فراهم شده است. هرچه انرژی باریکه افزایش یابد، طول موج آن کاهش پیدا می¬کند. این موضوع سبب بهبود در میزان رزولوشن نهایی می شود. با این حال رزولوشن یا همان ابعاد ساختار قابل دستیابی با روش باریکه الکترونی، به حدود چند نانومتر محدود می شود، که بیشتر به علت محدودیت ماده مقاوم می باشد. به عنوان مثال اگر امکان متمرکز کردن باریکه الکترونی برای رسیدن به رزولوشنی در حدود 0.5 نانومتر میسر شود، ماده مقاوم به تنهایی رزولوشن نهایی را به حدود 5 نانومتر محدود می کند.

یک خصوصیت مهم ماده مقاوم برای ایجاد طرح با رزولوشن بالا، کنتراست می باشد؛ زیرا امکان ایجاد تغیرات کوچک در ضخامت نواحی تحت تابش، با استفاده از مواد مقاوم با کنتراست بالا (مثبت) فراهم می شود

نانولیتوگرافی باریکه الکترونی اغلب به دو صورت روش تابش غیر مستقیم و انتقال طرح؛ و روش حکاکی مستقیم (DWEB= Direct Writing Electron Beam) به کار می رود.

 

روش حکاکی مستقیم

حالت حکاکی مستقیم امکان ایجاد طرح را با استفاده از یک فایل داده فراهم می کند و به عنوان روشی برای ساخت ماسک های مورد استفاده در لیتوگرافی به کار می رود. اولین شکل از روش حکاکی مستقیم با باریکه الکترونی، توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی تحت کنترل کامپیوتر یا پوینده نقطه ای تندرو ( Flying Spot Scanner) برای انتقال اطلاعات طرح انجام گرفت.

شکستن اندازه ها تا ابعاد نانومتری

امروزه با پیشرفت میکروسکوپ های الکترونی، باریکه های الکترونی با شعاع کمتر از 10 نانومتر تولید می شوند که به ماده مقاوم حساس به الکترون تابیده می شوند. این سیستم ها، به علت شدت پروفایل باریکه، معمولاً تحت عنوان سیستم های باریکه گوسین شناخته می شوند. الکترون های نشر یافته از منبع، متمرکز می شوند و با استفاده از لنزهای مغناطیسی و دریچه ها، بر اساس پروفایل گوسین، به شکل یک نقطه درمی آیند، که مشخصات آن وابسته به جریان و تعداد دریچه ها و لنزها می باشد. همچنین در این سیستم از صفحات الکترواستاتیک و یا سیم-پیچ های مغناطیسی انکساری برای منحرف کردن باریکه استفاده می شود. معمولاٌ یک منحرف کننده  در زمان های مناسب، فاصله ای را به صورت خاموش و روشن کردن باریکه در ستون الکترونی ایجاد می کند، در حالی که سایر منحرف کننده ها برای روبش الکترون در امتداد نمونه استفاده می شوند

ادامه دارد...

مریم نایب زاده

بخش دانش و زندگی تبیان


منبع:  edu.nano، nanoscience، azonano،nano

کتاب آشنایی با فناوری نانو (کاربردها) 2، سلیمی، طاهری، احمدوند

کتاب کاربرد نانوتکنولوژی در بیولوژی و علوم پزشکی، طهماسب پور، بی پروا، اصفهانیان

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین