Structuration et Inspection des Nano-Bandes de Graphene Utilisant Orion Plus le Microscope d'Ion d'Hélium de Carl Zeiss

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Mouvement Propre
Défi
ORION® PLUS la Solution
ORION® PLUS des Capacités
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Mouvement Propre

Les propriétés électroniques bidimensionnelles du graphene présente le potentiel pour lui au fonctionnement en tant qu'un conducteur, un transistor, un point de tranche de temps, une commutation moléculaire, ou d'autres dispositifs. Puisque le graphene affiche le faible grippement hors du plan, la conduction est essentiellement bidimensionnelle si le graphene soit en contact avec un substrat ou est suspendu dans l'espace libre. Le confinement Transversal du chemin de conduction est nécessaire pour concevoir ces propriétés. Un confinement potentiellement important est le nanoribbon semi-conducteur. Pendant Que la largeur de bande diminue en-dessous de 20 nanomètre, le bandgap augmente au-dessus de l'énergie thermique de température ambiante, qui ouvre la trappe pour la production des transistors avec des taux actuels marche-arrêt élevés.

Défi

Une méthode est nécessaire pour produire des bandes se rétrécissent assez pour produire le confinement de tranche de temps qui fournit le bandgap désiré. Il y a des inconvénients, cependant, à plusieurs des techniques employées pour modeler le graphene dans des nano-bandes. la lithographie Résister-Basée a seulement expliqué la création de bande vers le bas à quelques dizaines de nanomètres dans la largeur. Ce procédé laisse également les résidus sur le graphene qui le font onduler, exigeant une phase supplémentaire de nettoyage. Cette méthode n'est pas viable sur le graphene autonome, l'un ou l'autre. Les méthodes de Balayage de sonde, tout en offrant la résolution spatiale élevée, sont lentes - et elles ne peuvent pas également être utilisées sur le graphene autonome. L'Ion fraisant avec le BOBARD LMIS-basé traditionnel n'a pas pu produire l'étroit assez de structures et ne produit pas également les dégâts significatifs à la couche.

ORION® PLUS la Solution

La microscopie d'ion d'Hélium (HIM) offre la capacité d'effectuer l'usinage d'ion de haute précision et la représentation de définition de sous-nanomètre avec la sensibilité extérieure élevée afin d'examiner des configurations produites dans le graphene. les Nano-Bandes peuvent être assez étroit usiné à entrer profondément dans le régime de confinement de tranche de temps et pour mettre à jour également des rapports hauteur/largeur très longs. La dose à la fraise par le graphene est deux ordres de grandeur plus haut que cela requis pour une image typique, ainsi il est possible non-destructively à l'image par système graphene-basé directement dans le microscope avant et après la structuration. Des configurations de fraisage Simples peuvent être produites avec l'ORION® PLUS l'interface du logiciel ; pour des stratégies plus complexes, un générateur de configuration de lithographie peut être contrôle donné du pointage du faisceau. Nous illustrons ces capacités ci-dessous en le mettant en valeur La recherche qui a été effectuée.

ORION® PLUS

la fabrication de Nano-Bande a été effectuée par M. Daniel Pickard à l'Université Nationale de Singapour. Pour avoir accès au graphene suspendu, un disque de silicium avec 300 le nanomètre de l'oxyde extérieur a été employé, dans lequel avait été corrodé un choix de 3 creux de diamètre de µm. Des plaquettes Graphitiques vers le bas à l'épaisseur à une seule couche (c.-à-d. graphene) ont été déposées par la méthode d'exfoliation. L'interférence Optique a été employée pour déterminer le compte de couche et pour recenser en particulier des zones de graphene. L'écriture Directe de faisceau d'ions des nano-bandes a été accomplie en adressant la poutre d'hélium, type à l'énergie de poutre de 30 kev, avec un Système de Rétablissement de Configuration de Nanomètre (NPGS, de Systèmes de Lithographie de JC Nabity, Bozeman, Montana).

Le Schéma 1. A Suspendu des nano-bandes produites par le fraisage d'ion d'hélium. Gauche : 20 nanomètre de large. Droite : 10 nanomètre de large.

Le Schéma 1 conçoit le système et donne les résultats de deux fabrications de nano-bande. L'image est une vue hiérarchisée d'un des creux dans le substrat, couvert dans ce cas de 1-3 couches de graphene. Du Côté Gauche une bande longue de 300 nanomètre a été produite, avec 220 nanomètre de sa longueur suspendue au-dessus du creux. Sa largeur a été programmée pour être 20 nanomètre, donnant un rapport hauteur/largeur suspendu de 11 : 1. La largeur programmée est en accord avec le de grande largeur au demi maximum du niveau gris observé dans l'image. La bande du côté droit est 350 nanomètre long, avec 240 nanomètre suspendus. Sa largeur est 10 nanomètre, donnant un rapport hauteur/largeur suspendu de 24 : 1. Très commodément, les structures produites peuvent être imagées avec le bon signe par la même poutre employée pour les usiner. Le signe extérieur intense du microscope est confirmé par l'observation que la plaquette est presque opaque à cette épaisseur. Le niveau de contraste entre la partie suspendue de la bande et celle au-dessus du substrat est juste 17 %. Avec la capacité de produire de telles longues structures, il est possible puis de modeler une nano-bande entre la source et la fuite entre en contact pour effectuer un dispositif de test fonctionnel.

Le Schéma 2. représentation de Bande Dessinée de la stratégie de fraisage de nano-bande.

Les deux facettes du procédé pour usiner sont le contrôle de fraisage de stratégie et de dose d'ion. Pour la stratégie de fraisage on l'a avéré critique de réduire à un minimum n'importe quel stress transversal sur les bandes pendant leur formation. La nano-bande est constituée par la création de deux slots, illustrée dans la bande dessinée du Schéma 2. La largeur de slot choisie dépend de la largeur et de la longueur du design de bande mais a été expliquée vers le bas à 5 nanomètre de large. Si un slot est fraisé à la fin de l'autre, la bande se brise. Par Conséquent le fraisage doit se produire en appliquant la dose entière aux segments de opposition dans chaque slot. Alors la poutre est dirigée vers la prochaine part. La commande est illustrée par les étiquettes numériques sur le Schéma 2.

Le Schéma 3. suite de Usinage pour la détermination de la dose d'ion a dû produire des nano-bandes. Dose indiquée par chaque échantillon, dans les ensembles de 1018 ions/cm2

.

Le deuxième aspect du contrôle du processus est dose appliquée. Ceci est déterminé expérimental. La suite d'une dose est affichée sur le Schéma 3. Un ensemble de bande « peignes » est fraisé, chaque peigne à une dose incrémentiel plus élevée. Dans le chiffre, la dose (×1018 ions/cm2) est indiquée à côté de chaque peigne. Dans ce cas, 2.79×1018 ions/cm2 est exigé pour effacer le peigne complet. Cette structure peut être produite dedans au-dessous de 10 secondes.

Le Schéma 4. Une bande de large de 5 nanomètre usinée dans le graphene suspendu avec un rapport hauteur/largeur de 60:1.

Une Fois Que la stratégie de usinage est définie, la précision de fraisage peut plus plus loin être explorée. Le Schéma 4 affiche à un nanoribbon juste 5 le nanomètre de large avec un rapport hauteur/largeur de 60:1 produit par cette méthode. En Raison du de haute résistance du graphene, des formes plus complexes peuvent être aussi bien produites.

Le Schéma 5. Une nano-bande usinée pour avoir la largeur faite un pas.

Sur le Schéma 5 une bande avec la largeur variable a été fabriquée. Les segments près de l'extrémité mesurent à 20 nanomètre, puis la largeur ramène à 10 nanomètre et finalement à 5 nanomètre au centre. Ceci permet pour usiner des structures définies pour exprimer différents comportements. Si l'orientation du graphene est connue, des bandes avec l'orientation de « fauteuil » ou de « zigzag » peuvent être produites. Des Dispositifs pour rechercher la création des points de tranche de temps ont pu être effectués en ayant localement une zone ample dans une bande étroite. N'importe Quelle structure arbitraire de transport d'électron peut être usinée à la grande vitesse, avec la résolution spatiale élevée, et aux capacités immédiates de offre d'inspection. Tandis Que cette note d'application se concentrait sur le graphene suspendu, le fraisage a été également expliqué pour le graphene directement sur un substrat.

ORION® PLUS des Capacités

Ion de précision de Nanomètre fraisant, représentation élevée de résolution spatiale qui met l'accent sur également le petit groupe extérieur, utilisation d'une substance non contagieuse d'ion ; interface lithographique d'outil de configuration.

Application

La Structuration et l'inspection des couches de graphene avec le nanomètre évaluent des caractéristiques techniques pour direct-écrivent la fabrication de dispositif.

Source : « Nano-Bande de Graphene Modelant dans l'ORION® PLUS » par Carl Zeiss

Pour plus d'informations sur cette source, rendez visite s'il vous plaît à Carl Zeiss.

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

Last Update: 14. June 2013 01:20

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