Applicazioni su nanoscala nel settore energetico, l'ottica e la medicina hanno migliorato le prestazioni con strutture a forma di nano. Tali architetture possono essere fabbricate ad alto rendimento oltre le capacità della litografia ottica avanzata. In un nuovo rapporto su Microsistemi e nanoingegneria , Anushman Cherala e un gruppo di ricerca presso l'Università del Texas ad Austin in Texas, NOI., ha ampliato la litografia con nanoimpronta ed esteso il precedente quadro di simulazione per migliorare il mantenimento della forma variando la formula di resist e introducendo nuove strutture a ponte durante l'imprinting della nanoforma. Lo studio di simulazione ha dimostrato approcci praticabili per l'imprinting nanoformato con una buona conservazione della forma abbinata a dati sperimentali.

Utilizzo di una nanoforma simile a un diamante per formare un nodo di memoria ad accesso casuale dinamico (DRAM) a mezzo passo e comprensione della reticolazione in strutture nanoformate

In questo lavoro, il team di ricerca ha sviluppato un modello atomistico per studiare il mantenimento della forma delle formulazioni di resist utilizzate per le tecniche di nanofabbricazione. Applicazioni nell'accumulo di energia, fotonica su scala nanometrica, la memoria magnetica multibit e le bionanoparticelle richiedono modelli ad alto rendimento e controllo della forma complessa su scala nanometrica. La litografia ottica è una tecnica chiave di nanofabbricazione, dove ad alta risoluzione, modelli di grandi aree possono essere formati integrando la fotolitografia con tecniche di doppio modello autoallineato insieme a più passaggi di incisione della litografia. La litografia di imprinting, compresa la litografia di imprinting a getto e flash, può consentire la modellazione di un'ampia area a mezzo passo sub-nanometrico con la possibilità di modellare strutture litografiche, inclusi dispositivi a semiconduttore e dischi rigidi. I materiali resist reticolati possono essere usati in tali tecniche sotto radiazione ultravioletta (UV). Utilizzando simulazioni di rilassamento del resist dopo la reticolazione UV e la separazione del modello, gli scienziati dei materiali hanno identificato le proprietà di resistenza su scala nanometrica come una limitazione per il mantenimento della forma.

Gli scienziati possono impiegare una varietà di tecniche per migliorare il mantenimento della forma nelle nanostrutture, compresa la compensazione dell'incisione e l'aggiunta di caratteristiche di sub-risoluzione. Per studiare il comportamento degli angoli di strutture nanoformate, Cherala et al. ha quindi preparato cinque strutture diamantate uniche da 20 nm. I costrutti rappresentavano un design del condensatore a trincea profonda con memoria dinamica ad accesso casuale (DRAM) a mezzo passo. La qualità di reticolazione del resist ha influenzato il modulo del materiale e la forza nel resist attraverso la nanoforma. Il team ha utilizzato la dinamica molecolare per stimare la qualità e l'uniformità della reticolazione in funzione della forma e delle dimensioni della caratteristica. Hanno quindi calcolato la percentuale di reticolazione in base al numero di atomi di carbonio con singoli legami appena formati dopo la reticolazione. Man mano che la dimensione della nanoforma si riduceva, la qualità di reticolazione si è degradata e non ha raggiunto il valore di reticolazione di massa.

Efficienza di legame relativa alla struttura nanoshape e alla progettazione computazionale di resist per strutture nanoshape

La reticolazione dipendeva fortemente dalla posizione all'interno della nanoforma di interesse. Utilizzando la struttura a diamante, Cherala et al. hanno mostrato livelli di reticolazione simili a quelli della massa con angoli fortemente degradati. Sulla base delle informazioni di questa percentuale di reticolazione, il team ha previsto forme difficili da raggiungere. Hanno quindi studiato la composizione dell'impronta resist e hanno utilizzato un quadro di dinamica molecolare (MD) per comprendere la formulazione stessa delle resistenze. La formulazione di resist consisteva di tre molecole di monomero di acrilato tra cui esil acrilato, acrilato di isobornile, e etilenglicole diacrilato come reticolante. Il team ha notato una correlazione tra la proporzione del reticolante nel resist e la percentuale di reticolazione. Quantità più elevate di reticolante nella configurazione hanno portato a una reticolazione più rapida, il processo potrebbe anche ridurre la percentuale di reticolazione. Lo strumento di progettazione della dinamica molecolare utilizzato in questo lavoro ha consentito lo studio efficace dei reticolanti durante la formazione di strutture nanoformate a croce e diamante. Il team ha scelto la dimensione della nanoforma incrociata e due formulazioni di resist con il 10% e il 40% di reticolanti. Quindi hanno simulato la reticolazione con ogni nuova formulazione di resist per analizzare gli effetti sulla percentuale di reticolazione. L'aumento della densità del reticolante ha consentito una migliore efficienza di adesione. Questo metodo può essere ripetuto per ogni nuova considerazione di progettazione di nanoforme per mantenere le nanoforme.

Miglioramento della conservazione della forma utilizzando strutture sacrificali e l'effetto degli spessori degli strati residui

Quando si sviluppa un angolo acuto su scala nanometrica durante la fabbricazione del diamante, i ricercatori hanno spesso utilizzato un design basato sull'incisione con ioni reattivi per la conservazione delle nanoforme. Utilizzando strutture a ponte sacrificale, Cherala et al. ha mostrato come l'attuale inefficienza del legame potrebbe essere superata nella configurazione. In questo modo, Anushman Cherala e colleghi hanno introdotto miglioramenti alla geometria delle nanostrutture modellate utilizzando strutture sacrificali e formulazioni di resist migliorate per una migliore conservazione della forma. Hanno eseguito studi sulla dinamica molecolare della reticolazione nelle nanoforme in funzione delle dimensioni e della forma per indicare come l'entità della reticolazione è diminuita al di sotto di una dimensione soglia specifica. Per esempio, quando la percentuale di reticolazione era specificamente inferiore vicino ai bordi delle nanoforme, usavano ponti sacrificali, per migliorare ulteriormente il mantenimento della forma. In questo modo, questo lavoro fornisce approfondimenti sull'imprinting di nanoforme attraverso strutture half-pitch sub-nanoscala.

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