شکستن اندازه ها تا ابعاد نانومتری
(قسمت چهارم)
قسمت قبلسطح مورد نظر توسط یک فیلم مقاوم و حساس به الکترون پوشیده می شود. بر اثر عملکرد پرتوالکترونی لایه مقاوم متحمل تغییرات شیمیایی می شود. بعداز ظهور در یک محلول مایع، بخشی از فیلم مقاوم حل شده و قطعه مورد نظر می تواند با لایه گذاری فلزی فرآوری شود.
مزیت استفاده از EBL، دقت بسیار بالا، در حدود 10-20 نانومتر و انعطاف پذیری آن می باشد. EBL قادر به نگاشتن طرح های دلخواه بر روی طیف وسیعی از مواد می باشد.
از تکنیک EBL در سیستم های نگارش مستقیم مانند مدارهای مجتمع استفاده می شود و در بررسی پدیده هایی که در ابعاد بسیار کوچک رخ می دهند کاربرد دارند. همچنین از این روش در ساخت ابزار فوتونیک نظیر موج برهای نوری با پراکندگی نوری کم، اپتیک اشعه X، ابزار الکترونیکی با قابلیت کار در فرکانس های بالا، نانولوله ها، نانوفیبرها و نانوسیم ها استفاده می شود. یکی از کاربردهای اصلی این تکنیک ساخت ماسک های نوری می باشد. این ماسک ها معمولاً با استفاده از باریکه شکل گرفته و بر روی یک زیرلایه کوارتزی ساخته می شوند که شفافیت خوبی در ناحیه فرابنفش از خود نشان می‌دهد.
روش حکاکی مستقیم از این تکنیک، کاربردهای زیادی دارد و برای تولید ماسک برای انواع روش های لیتوگرافی استفاده می‌شود. نکته مهم در این روش، استفاده از تک باریکه الکترونی می باشد که در کنار ایجاد رزولوشن بالا، به خصوص در مورد طرح های بزرگ و تولید انبوه ساختارها هزینه بر و زمان بر می باشد. از این رو روش ایجاد طرح با استفاده از باریکه های الکترونی چندتایی گسترش پیدا کرد. این روش رزولوشن پایین تری نسبت به روش مستقیم دارد ولی تولید ماسک های موردنیاز در این روش هزینه بر می باشد.
محدودیت اصلی تکنیک لیتوگرافی با باریکه الکترونی ایجاد ناحیه ای اطراف محل برخورد باریکه با ماده مقاوم می باشد که از برهمکنش های مختلف الکترون‌های برخوردی با مقاوم و زیرلایه نشأت می گیرد و طرح تولیدی را مبهم می سازد. برای کاهش این ناحیه و بهبود طرح های تولیدی، استفاده از باریکه هایی با انرژی بالا و یا با ولتاژهای کم پیشنهاد شده است که هر کدام از این روش ها نیز محدودیت هایی را برای سیستم ایجاد می کنند.
روش غیرمستقیم
روش دیگر لیتوگرافی باریکه الکترونی، روش غیر مستقیم یا چاپ تصویر (EPL= Electron Projection Lithography) می باشد.
تکنیک های تک باریکه متمرکزشده گوسین و باریکه شکل گرفته، برای تبدیل داده های ساختارهای زیرمیکرونی و نانومتری به ساختارهای دو بعدی، ایده آل هستند. هر دو تکنیک نیاز به زمان مشخصی برای پر کردن سطوح بزرگ با اجزای کوچک دارند. برای رفع مشکل زمان، روش های تابش موازی توسعه داده شدند که از ماسک هایی با طرح های مشخص با ابعاد ساختاری زیرمیکرونی تا نانومتری استفاده می کنند. با این حال تولید باریکه های چند تایی نیاز به استفاده از ابزار دقیقی دارد و ساخت ماسک های مورد نیاز برای تولید چنین باریکه هایی هزینه بر است.
در تکنیک غیر مستقیم، باریکه الکترونی بر روی زیرلایه پوشش داده شده با ماده مقاوم در یک محیط خلأ (torr10-5) متمرکز می شود. در این روش از یک ماسک برای انتقال کامل یا بخش اعظم یک طرح استفاده می-شود. این ماسک یک غشای جامد با حفرات مشخص است که طرح مورد نظر را ایجاد می کند (شابلون). باریکه در حالتی که طرح را منتقل می کند از حفرات ماسک عبور می کند. پس از انتقال طرح تعریف شده بر روی ماده مقاوم، این ماده از سیستم خارج شده و مابقی فرآیند مانند لیتوگرافی متداول ادامه می یابد. در این روش، دانسیته جریان کمتری نسبت به باریکه گوسین و باریکه شکل داده شده استفاده می شود. هرچه عمق نفوذ الکترون ها کاهش یابد، کاربر ناگزیر می شود تا از ماسک های غشایی بسیار نازک و یا شابلون هایی به صورت چند تکه، که باریکه می تواند از میان آنها عبور کند، استفاده کند.
لیتوگرافی با استفاده از اشعه x
لیتوگرافی با استفاده از اشعه ایکس با طول موجی بین 1/0 تا 10 نانومتر یا نور شدید ماوراء بنفش با طول موج بین 10 تا 70 نانومتر است. چون این امواج تابشی طول موج بسیار کوچک تری از طول موج نور ماوراء بنفش که اینک در فوتولیتوگرافی استفاده می شود، دارند، محو بودن متأثر از پراکنش نور را حداقل می کند. این فناوری ها هم با مشکلات خاص خودشان روبرو هستند. عدسی های معمول نور شدید ماوراء بنفش را از خود عبور نمی دهند و اشعه ایکس را متمرکز نمی کنند. در ضمن تابش بر انرژی به بیشتر موادی که در ماسک و عدسی ها استفاده شده اند، آسیب می زند.
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
نرم افزار nanopolice
