Kopieren und Inspektion von Graphene-Nano--Bändern Unter Verwendung Orions Plus Helium-IonenMikroskop von Carl Zeiss

Themen Umfaßt

Hintergrund
Herausforderung
ORION® PLUS Lösung
ORION® PLUS Fähigkeiten
Anwendung

Hintergrund

Die zweidimensionalen elektronischen Eigenschaften von graphene stellt das Potenzial für es Funktion als Leiter, Transistor, Quantumspunkt, molekularer Schalter oder andere Einheiten dar. Da graphene schwache Schwergängigkeit aus Flugzeug heraus zeigt, ist die Leitung im Wesentlichen zweidimensional, ob das graphene in Verbindung mit einer Substratfläche ist oder im freien Platz verschoben. Seitliche Beschränkung des Leitungspfades ist notwendig, um diese Eigenschaften auszuführen. Eine möglicherweise wichtige Beschränkung ist das Halbleiter-nanoribbon. Während die Bandbreite unter 20 nm sich verringert, erhöht das bandgap über der Raumtemperaturwärme, die die Klappe für die Produktion von Transistoren mit hohen Ein-Ausliquiditätsgraden öffnet.

Herausforderung

Eine Methode ist erforderlich, Bandenge genug herzustellen, um die Quantumsbeschränkung zu erstellen, die das gewünschte bandgap erbringt. Es gibt Nachteile jedoch zu vielen der Techniken, die verwendet werden, um graphene in Nano-bänder zu kopieren. Widerstehen-Basierte Lithographie hat nur Bandschaffung unten zu einigen zehn nm in der Breite gezeigt. Dieser Prozess lässt auch Rückstände auf das graphene, die es veranlassen zu plätschern und benötigt einen Extrareinigungsschritt. Diese Methode ist nicht auf freistehendem graphene, irgendein lebensfähig. Scannende Fühlermethoden, beim Angebot der hohen Ortsauflösung, sind langsam - und sie können nicht auf freistehendem graphene auch verwendet werden. Das Ion, das mit traditioneller LMIS-basierter FLUNKEREI mahlt, ist nicht in der Lage gewesen, Enge herzustellen genügende Zellen und auch beträchtlichen Schaden der Schicht erstellt.

ORION® PLUS Lösung

Heliumionenmikroskopie (HIM) bietet die Fähigkeit an, die maschinelle Bearbeitung der hohen Präzision Ionenund Unternm Auflösungsdarstellung mit hoher Oberflächenempfindlichkeit durchzuführen, um die Muster zu überprüfen, die im graphene erstellt werden. Nano--Bänder können die maschinell bearbeitete Enge, genug sein, zum in die Quantumsbeschränkungseinfuhrüberwachung tief zu kommen und von sehr langen Längenverhältnissen auch beizubehalten. Die Dosis zum Tausendstel durch graphene ist zwei Größenordnungen höher als das, das für ein typisches Bild benötigt wird, also ist es zum nicht--destruktiv Bild ein graphene-basierte Anlage direkt im Mikroskop vor und nach dem Kopieren möglich. Einfache Prägemuster können mit dem ORION® PLUS Programmschnittstelle erstellt werden; für komplexere Strategien kann ein Lithographiemustergenerator Regelung der Trägersteuerung gegeben werden. Wir stellen diese Fähigkeiten unten dar, indem wir IHN Forschung markieren, die durchgeführt worden ist.

ORION® PLUS

Nano--Band Fälschung ist von Dr. Daniel Pickard an der Nationalen Universität von Singapur durchgeführt worden. Um Zugriff zu verschobenem graphene zu haben, wurde eine Siliziumscheibe mit 300 nm des Oberflächenoxids verwendet, in das war eine Reihe von 3 µm Durchmesservertiefungen geätzt worden. Graphitplättchen unten zur einlagigen Stärke (d.h. graphene) wurden durch die Abblätterungsmethode abgegeben. Optische Störung wurde, um die Schichtzählung zu bestimmen und verwendet graphene Bereiche besonders zu kennzeichnen. Direktes Ionenträgerschreiben der Nano-bänder wurde durchgeführt, indem man den Heliumträger, gewöhnlich bei 30 Kev-Strahlenenergie, mit einem Nm-Muster-Kraftwerkspark adressierte (NPGS, von den Lithographie-Anlagen JC Nabity, Bozeman, Montana).

Abbildung 1. Verschob die Nano-bänder, die indem sie Heliumionenhergestellt wurden, mahlte. Links: 20 nm breit. Recht: 10 nm breit.

Abbildung 1 macht die Anlage sichtbar und zeigt die Ergebnisse zwei Nano-band Fälschungen. Das Bild ist eine top-down Ansicht von einem der Vertiefungen in der Substratfläche, in diesem Fall abgedeckt mit 1-3 Schichten graphene. Auf dem links ist ein 300 nm langes Band, mit 220 nm seiner Länge hergestellt worden, die über dem Vertiefung verschoben wird. Seine Breite wurde programmiert, um 20 nm zu sein und gab ein verschobenes Längenverhältnis von 11: 1. Die programmierte Breite ist in Übereinstimmung mit der Halbwertsbreite der Graustufe, die im Bild beobachtet wird. Das Band auf dem Recht ist 350 nm lang, wenn 240 nm verschoben sind. Seine Breite ist 10 nm und gibt ein verschobenes Längenverhältnis von 24: 1. Sehr bequem, können die Zellen, die erstellt werden, mit gutem Signal durch den gleichen Träger abgebildet sein, der verwendet wird, um sie maschinell zu bearbeiten. Das starke Oberflächensignal vom Mikroskop wird durch die Beobachtung bestätigt, dass das Plättchen an dieser Stärke fast undurchsichtig ist. Die Kontraststufe zwischen dem verschobenen Teil des Bands und dem über der Substratfläche ist gerade 17%. Mit der Fähigkeit, solche langen Zellen zu erstellen, ist es möglich dann, ein Nano-band zwischen Quelle zu kopieren und Ablaß bringt in Kontakt, um Funktionsversuchseinrichtungen herzustellen.

Abbildung 2. Karikaturdarstellung der Nano-band Prägestrategie.

Die zwei Facetten des Prozesses für die maschinelle Bearbeitung sind die Ionenprägestrategie- und -dosisregelung. Für die Prägestrategie wurde es gefunden, um kritisch zu sein, jeden seitlichen Druck auf den Bändern während ihrer Entstehung herabzusetzen. Das Nano-band wird durch die Schaffung von zwei Schlitzen gebildet, dargestellt in der Karikatur von Abbildung 2. Die ausgesuchte Schlitzbreite hängt von der Breite ab und von der Länge der Bandauslegung aber ist unten bis 5 nm breit demonstriert worden. Wenn ein Schlitz nach Beendigung des anderen gemahlen wird, bricht das Band. Deshalb muss das Mahlen fortfahren, indem es die gesamte Dosis an gegenüberliegenden Abschnitten in jedem Schlitz anwendet. Dann wird der Träger auf die folgende Scheibe verwiesen. Die Ordnung wird durch die numerischen Schilder in Abbildung 2. dargestellt.

Abbildung 3. Bearbeitungsserie für die Bestimmung der Ionendosis musste Nano-bänder herstellen. Dosis angezeigt durch jede Probe, in den Geräten von 1018 ions/cm2

.

Der zweite Aspekt von prozesskontrolliertem ist angewandte Dosis. Dieses wird experimentell bestimmt. Eine Dosisserie wird in Abbildung 3. gezeigt. Ein Set des Bands „Kämme“ wird, jeder Kamm an einer Inkremental- höheren Dosis gemahlen. In der Abbildung wird die Dosis (18 ×102 ions/cm) neben jeden Kamm angezeigt. In diesem Fall wird18 2.79×102 ions/cm gefordert, um den Kamm vollständig zu beheben. Diese Zelle kann in weniger als 10 Sekunden erstellt werden.

Abbildung 4. Ein 5 nm breites Band maschinell bearbeitet in verschobenem graphene mit einem 60:1Längenverhältnis.

Sobald die Bearbeitungsstrategie definiert wird, kann die Prägepräzision weiter erforscht werden. Abbildung 4 zeigt einem nanoribbon gerade 5 nm breit mit einem Längenverhältnis des 60:1 dadurch erstellt. Passend zum hochfesten von graphene, können komplexere Formen auch erstellt werden.

Abbildung 5. Ein Nano-band maschinell bearbeitet, um getretene Breite zu haben.

In Abbildung 5 ist ein Band mit variabler Breite fabriziert worden. Die Abschnitte nahe dem Ende messen bei 20 nm, dann tritt die Breite bis 10 nm und schließlich bis 5 nm in der Mitte zurück. Dieses macht es möglich, die Zellen maschinell zu bearbeiten, die definiert werden, um unterschiedliches Verhalten auszudrücken. Wenn die Orientierung des graphene bekannt, können Bänder entweder mit der „Lehnsessel-“ oder „Zickzack“ Orientierung produziert werden. Einheiten für die Untersuchung der Schaffung der Quantumspunkte konnte indem man einen weiten Bereich in einem schmalen Band lokal hergestellt werden hatte. Jede willkürliche Elektronentransportzelle kann an der großen Geschwindigkeit, mit hoher Ortsauflösung und an anbietenden unmittelbaren Inspektionsfähigkeiten maschinell bearbeitet werden. Während diese Anwendungsanmerkung auf verschobenes graphene sich konzentrierte, ist das Mahlen auch für graphene direkt auf einer Substratfläche demonstriert worden.

ORION® PLUS Fähigkeiten

Mahlendes Nmpräzisionsion, hohe Ortsauflösungsdarstellung, die auch Oberflächensonderkommando hervorhebt, Gebrauch kontaminationsfreien Ionenspezies; lithographische Musterhilfsmittelzusammenschaltung.

Anwendung

Das Kopieren und die Inspektion von graphene Schichten mit nm stufen Merkmale für direkt-schreiben Einheitsfälschung ein.

Quelle: „Graphene-Nano--Band, das im ORION® PLUS“ durch Carl Zeiss Kopiert

Zu mehr Information über diese Quelle, besuchen Sie bitte Carl Zeiss.

Date Added: Apr 29, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:24

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit