Λιθογραφία ηλεκτρονικής δέσμης για κατασκευή νανοδομών Ζαμπέλης Λουκάς Υπεύθυνος καθηγητής Δ.Τσουκαλάς

Τι είναι λιθογραφία Διαδικασία αποτύπωσης γεωμετρικών σχημάτων σε κάποια επιφάνεια Είδη λιθογραφίας: οπτική ηλεκτρονική ακτίνες Χ ιοντική colloidal Χρήσεις της λιθογραφίας

Παράδειγμα λιθογραφίας

EBL - Electron Beam Lithography Καθορισμός και ιστορική αναδρομή Εξειδικευμένη τεχνική για εξαιρετικά λεπτά σχέδια Τεχνολογία παρόμοια με τον τρόπο λειτουργίας των πρώτων SEMs (Σάρωση δέσμης ηλεκτρονίων σε επιφάνεια) Κύρια χαρακτηριστικά μεγάλη ανάλυση χρήση ποικιλίας υλικών και σχεδίων αργή μέθοδος ακριβή και περίπλοκη μέθοδος Τέλη 1960 και συνοδεύτηκε από την ανακάλυψη του PMMA

Εφαρμογές Κατασκευή μασκών για οπτική λιθογραφία ικανή για διαστάσεις 1-2μm, και για X ray με διαστάσεις από 0,25 εώς <0,1μm Άμεση εγγραφή για ανάπτυξη πρωτοτύπων ICs Έρευνα

EBL Column Πηγή ηλεκτρονίων Δύο ή περισσότεροι φακοί Blanker Stigmator Συστήματα ευθυγράμμισης Ανιχνευτής ηλεκτρονίων Άξονας z παράλληλος στην δέσμη ηλεκτρονίων x και y παράλληλοι στην επιφάνεια του υλικού

Πηγή ηλεκτρονίων Ηλεκτρονική ακτινοβολία παράγεται με 2 τρόπους: Αύξηση της θερμοκρασίας της πηγής (θερμιονικό φαινόμενο) Εφαρμογή ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου Τρεις κύριες παράμετροι για την πηγή είναι: Το μέγεθός της Η φωτεινότητά της (Amperes/steradcm2) Ενέργεια της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας (eV)

Ηλεκτρικοί φακοί Αν και λειτουργούν παρόμοια με τους οπτικούς φακούς διαφέρουν στα εξής: Μπορούν μόνο να συγκλίνουν Η κακή ποιότητά τους περιορίζει τη γωνία μεγέθους και το αριθμητικό άνοιγμα Υπάρχουν 2 τύποι παρεκκλίσεων: Σφαιρικές (οφείλονται στην θέση) Χρωματικές (οφείλονται στην ενέργεια) Και οι δύο ελαχιστοποιούνται με τη μείωση της γωνίας σύγκλισης

Άλλες συσκευές Ανοίγματα:τρύπες μέσα από τις οποίες περνά η ηλεκτρονική δέσμη Εκτροπή δέσμης ηλεκτρονίων Stigmators

Αντιδράσεις ηλεκτρονίων στερεού Καθώς τα ηλεκτρόνια διεισδύουν στο resist υφίστανται σκέδαση μικρής γωνίας. Όταν περάσουν από το resist στο υλικό τότε παρατηρείται και οπισθοσκέδαση.

Σκέδαση Η εμπρόσθια σκέδαση έχει σαν αποτέλεσμα την διεύρυνση της ενέργειας των ηλεκτρονίων καθώς αυτά εισέρχονται στο υλικό Η οπισθοσκέδαση έχει σαν αποτέλεσμα τα ηλεκτρόνια να αλληλεπιδρούν πάλι με το resist

Δευτερεύοντα ηλεκτρόνια Ηλεκτρόνια που έχουν χάσει μέρος της ενέργειά τους Διεύρυνση του ανοίγματος της δέσμης (~10nm)

Φαινόμενο εγγύτητας Το καθαρό αποτέλεσμα της διασποράς ηλεκτρονίων είναι ότι η δόση είναι διαφορετική από αυτή που ορίζει το εργαλείο

Διόρθωση Το φαινόμενο της εγγύτητας μπορεί να ελαττωθεί με τους εξής τρόπους: Διαμόρφωση δόσεων Pattern biasing GHOST Προγράμματα Η/Υ

Περιβάλλον εργασίας Καθαρό – clean room Ήσυχο Η κολώνα πρέπει να είναι μακριά από διάφορα μηχανικά μέρη – αγωγοί, μετατροπείς κ.α.

Resists Μέσο εγγραφής και μετάδοσης της e-beam Πολυμερή σε υγρό διαλύτη High resolution – low sensitive

Κατασκευή υπεραγώγιμων νανοδομών MgB2 με EBL Η υψηλή θερμοκρασία για καλής ποιότητας MgB2 καθιστά το PMMA αναξιόπιστο. Συνδυασμός των μεθόδων α) EBL και β) οπτικής λιθογραφίας Παρασκευή: α) CVD και των δύο συστατικών από e-gun και έπειτα heater β) εναπόθεση σε υπόστρωμα σταθερής θερμοκρασία Τ=280 oC με ρυθμό εξάχνωσης 1Å/sec για το Β και διπλάσιο για το Mg

Κατασκευή υπεραγώγιμων νανοδομών MgB2 με EBL Ανόπτηση στους 500 οC για 5 λεπτά σε ατμόσφαιρα Ar. Το υμένιο που προκύπτει είναι λείο και γυαλιστερό με θερμοκρασία μετάβασης μεταξύ 30 και 35 K. Εναπόθεση του υμενίου σε SiN 500 nm με LPCVD Καθορισμός γεωμετρίας και τελειοποίηση: α)EBL β)αφαίρεση ακάλυπτου MgB2 (παρασκευή νανοδομής) γ)οπτική λιθογραφία δ)ολοκλήρωση του chip Το PMMA χρησιμοποιείται για την μορφοποίηση των νανοκαλωδίων Το υλικό δεν χάνει τις υπεραγώγιμες ιδιότητές του παρόλο τις μεταβολές και διαδικασίες που υφίσταται

Κατασκευή υπεραγώγιμων νανοδομών MgB2 με EBL

Βιβλιογραφία C.Portesi, S. Borini, G. Amato, E. Monticone, Journal of Applied Physics 99 (2006) 066115 http://www.cnf.cornell.edu/cnf_spietoc.html http://www.ese.upenn.edu/~microfab/PS460_04.doc R.A. Laws, Applies Surface Science, 154-155, 2000, 519-526 Δ. Τσουκαλάς, Τεχνολογία μικροσυστημάτων, Τομέας φυσικής, ΣΕΜΦΕ, ΕΜΠ, Αθήνα 2005