Fornire un sistema di microscopio a ioni di elio con GFIS che può essere utilizzato per la fabbricazione di nanostrutture estreme con alta risoluzione e sensibilità. Credito:Shixuan He et al.
La tecnologia del fascio di ioni di elio (HIB) svolge un ruolo importante nei campi estremi della nanofabbricazione. A causa dell'elevata risoluzione e sensibilità, la tecnologia di nanofabbricazione HIB è ampiamente utilizzata per modellare nanostrutture in componenti, dispositivi o sistemi in circuiti integrati, scienze dei materiali, nano-ottica e applicazioni di bioscienze. La nanofabbricazione basata su HIB include la fresatura a scrittura diretta, la deposizione indotta da fascio ionico e la litografia a scrittura diretta senza la necessità di resistere all'assistenza. Le loro applicazioni su scala nanometrica sono state valutate anche nei settori dei circuiti integrati, delle scienze dei materiali, della nano-ottica e delle scienze biologiche.
In un nuovo articolo pubblicato sull'International Journal of Extreme Manufacturing , un team di ricercatori, guidato dal Dr. Deqiang Wang del Chongqing Key Laboratory of Multi-scale Manufacturing Technology, Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Chinese Academy of Sciences, PR China, ha riassunto in modo completo i processi estremi e le applicazioni della nanofabbricazione HIB .
L'obiettivo principale di questa recensione è quello di affrontare gli ultimi sviluppi nella tecnologia HIB con le loro capacità di elaborazione estreme e applicazioni diffuse nella nanofabbricazione. Sulla base dell'introduzione del sistema HIM con GFIS, sono state discusse per prime le caratteristiche prestazionali ei vantaggi della tecnologia HIB. Successivamente, sono state affrontate alcune domande sui processi estremi e le applicazioni della nanofabbricazione HIB:quanti processi e applicazioni estremi della tecnologia HIB sono stati sviluppati nella nanofabbricazione per circuiti integrati, scienze dei materiali, nano-ottica e applicazioni di bioscienze? Quali sono le sfide principali nella nanofabbricazione estrema con la tecnologia HIB per applicazioni ad alta risoluzione e sensibilità?
L'HIM presenta i vantaggi dell'alta risoluzione e della sensibilità per la fabbricazione di nanostrutture estreme. La nanofabbricazione basata su HIB include la fresatura a scrittura diretta, la deposizione indotta da fascio ionico e la litografia a scrittura diretta senza la necessità di resistere all'assistenza. Le loro applicazioni su scala nanometrica sono state valutate anche nei settori dei circuiti integrati, delle scienze dei materiali, della nano-ottica e delle scienze biologiche. Questa recensione copre principalmente quattro applicazioni tematiche di HIB:1) imaging di microscopia a ioni di elio (HIM) per campioni biologici e semiconduttori; 2) fresatura e rigonfiamento HIB per la fabbricazione di nanopori 2D/3D; 3) deposizione indotta da HIB per nanopillari, nanofili e nanostrutture 3D; 4) ulteriore scrittura diretta HIB per resist, grafene e nanostrutture plasmoniche.
La tecnologia HIB viene utilizzata per l'imaging ad alto contrasto e ad alta risoluzione di materiali conduttivi, semiconduttori, isolanti e campioni biologici. Sebbene gli ioni collidano con il campione target, sarà migliore dell'imaging SEM convenzionale. La tecnologia focalizzata HIB presenta notevoli vantaggi nella nanofabbricazione, compresi i processi di fresatura per il controllo dello spessore locale e la fabbricazione di nanostrutture in membrane autoportanti o materiali sfusi. Tuttavia, l'amorfizzazione e l'impianto di elio possono causare danni al campione durante la fresatura HIB su substrati sfusi. Pertanto, l'ottimizzazione della dose di ioni, dell'energia del fascio e della dose di HIB è fondamentale per la manipolazione dello spessore locale e il controllo dell'accuratezza della topografia nella fabbricazione di nanostrutture. La deposizione indotta dal fascio ionico è un'importante tecnologia di nanofabbricazione, che può modificare le proprietà dei materiali in base all'interazione tra il fascio ionico e i materiali. Lo sviluppo della deposizione indotta da HIB è una tecnica ragionevole e appropriata per queste specifiche applicazioni di nanofabbricazione a causa della massa leggera degli ioni di elio e delle diverse proprietà elettriche tra elio inerte e gallio elettroattivo. A causa delle dimensioni dello spot sub-nanometriche, l'HIB focalizzato viene impiegato come un nuovo raggio di esposizione a scrittura diretta ad alta risoluzione per la nanofabbricazione. In base alla sua alta risoluzione, alta resa SE e basso effetto di prossimità, la scrittura diretta HIB è uguale o migliore della litografia a fascio di elettroni per la fabbricazione di dispositivi nanoelettronici. Inoltre, a causa della massa relativamente bassa, gli ioni di elio sono meno danneggiati di altre particelle come gli elettroni e gli ioni di gallio per i substrati bersaglio esposti.
Il professor Deqiang Wang (Direttore del Chongqing Key Laboratory of Multi-scale Manufacturing Technology, CIGIT), il professor Wen-Di Li, il professor Wei Wu, il dottor Shixuan He e il dottor Rong Tian hanno identificato alcune sfide critiche nei processi estremi e applicazioni della nanofabbricazione HIB come segue:
"Per la nanofabbricazione estrema, i nanopori su scala nanometrica che sono utili per il riconoscimento di singole basi di sequenze di DNA/RNA possono essere fabbricati mediante fresatura HIB su membrana di nitruro di silicio assottigliato o grafene sospeso. L'amorfizzazione durante il processo di fresatura promuove la formazione di nanopori 3D specifici, che può essere utilizzato per potenziali applicazioni di nano-ottica e bioscienze."
"La reazione chimica delle molecole di gas precursori adsorbite sulla superficie indotta da HIB provoca la deposizione diretta di strutture 3D programmate su scala nanometrica."
"La scrittura diretta HIB senza resistenza assistita viene utilizzata per modellare nanocanali, nanonastri e nanostrutture sub-10 nm per dispositivi funzionali su scala nanometrica."
"Sia l'imaging HIM che la nanofabbricazione HIB devono tenere conto dell'inevitabile danno causato dalla collisione tra gli ioni di elio e il substrato della sonda. La tecnologia HIB ha una resa di sputtering inferiore ma può produrre danni maggiori sul substrato durante l'elaborazione della nanofabbricazione, come bolle, impianto e amorfizzazione. Una ricerca teorica più approfondita sul meccanismo di interazione tra ioni di elio e materiali ha promosso il miglioramento della capacità di elaborazione della nanofabbricazione estrema con la tecnologia HIB."
"La stabilità e la ripetibilità del processo di fresatura HIB saranno migliorate per soddisfare i requisiti di risoluzione sub-nanometrica e fabbricazione ad alto rendimento in applicazioni speciali. Quando si ottimizza il processo di nanofabbricazione, l'impatto positivo o negativo del bombardamento di ioni di elio sulle proprietà del materiale dovrebbe essere considerata, in modo che la tecnologia HIB possa essere utilizzata per fabbricare direttamente nanostrutture con meno difetti e prestazioni eccellenti."
"Per la tecnica HIB a scrittura diretta e i processi di deposizione indotti da HIB, la sfida comune è aumentare la complessità delle nanostrutture mantenendo le dimensioni delle caratteristiche su scala nanometrica per le applicazioni speciali. Per aumentare la complessità delle nanostrutture e delle loro applicazioni in produzione, la scrittura diretta il processo della tecnologia HIB deve essere migliorato attraverso un'attenta ottimizzazione dei parametri. Inoltre, l'effetto di prossimità dovrebbe essere preso in considerazione anche nei processi di scrittura diretta HIB e deposizione indotta da HIB."
I ricercatori hanno dimostrato che la tecnologia HIB svolgerà un ruolo importante nella nanofabbricazione estrema perché presenta i vantaggi di elevata sensibilità, risoluzione e precisione per i processi di fresatura, modellazione, fresatura assistita e deposizione a scrittura diretta con minori danni ai campioni. + Esplora ulteriormente
