Nano--Pore, die Unter Verwendung des ORION® PLUS Helium-IonenMikroskop durch Carl Zeiss Mahlt

Themen Umfaßt

Anwendungen von Nanosized-Poren
Fabrikation und Darstellung Nanoscale-Merkmale Unter Verwendung des Focusd-IonenTrägers
Beschränkungen des Focusd-IonenTrägers
Helium IonenMikroskop und Unter-Nm Größen-Fühler
Herstellen von Nano--Poren Unter Verwendung der Helium-IonenMikroskope
Anwendung
ORION® PLUS Fähigkeiten

Anwendungen von Nanosized-Poren

Poren oder vias mit einstelliger nmgröße sind für die Realisierung vieler Anwendungen notwendig. Diese umfassen:

  • Chemische Fühler, wie lokalisierte Oberflächenplasmonresonanz (LSPR)detektoren, die die ermittlenden Merkmale benötigen, eine Größe zu haben, der der gemessenen Hälften sich zu nähern
  • DNA-Sequenzierung über Elektrophorese, die isolierende Membranen mit einem Durchmesser nah an der des DNS-Moleküls benötigt
  • Biomolekülfiltration und -analyse, die Nano-pore Reihen mit kleinem dennoch genug hohem Gesamtdurchsatz benötigt
  • Röntgenstrahlholographie, für die kleine Öffnungen, Schlitze oder andere Beugungsöffnungen erforderlich sind, eine Bezugswellenfront zu produzieren

Die Anwendungen benötigen häufig die Poren, ein hohes Längenverhältnis von 10 zu haben: 1 oder mehr. So ist es wünschenswert, eine Methode zu haben, zum von Prototyp- oder Forschungseinheiten mit hoher Bearbeitungspräzision und kopierender Flexibilität herzustellen.

Fabrikation und Darstellung Nanoscale-Merkmale Unter Verwendung des Focusd-IonenTrägers

Träger des Geladenen Teilchens sind die flexibelsten Hilfsmittel für Fabrikations- und Darstellungsmerkmale auf der Nano-schuppe. Es gibt körperliche Grenzen zur Fähigkeit von Trägern des geladenen Teilchens, die Merkmale zu erstellen, die für die Anwendungen oben benötigt werden. Die geläufigste Methode, die heute angewendet wird, ist der fokussierte Ionenträger (FIB), basiert auf der flüssigen Quelle des Galliums Metallionen(GA LMIS).

Beschränkungen des Focusd-IonenTrägers

Diese Methode ist in ihr Fähigkeit, an der Größenschuppe von Zinsen zu arbeiten, jedoch begrenzt. Ein Grund für dieses ist die größere Spotgröße, gewöhnlich 3-7 nm, das einen FLUNKEREI-Träger kennzeichnet. Zusätzlich zur zentralen Stelle des Trägers, führt die große Energieverbreitung des LMIS (eV 5) zu Abweichungen, die beträchtlichen Ionenstrom in ein erweitertes Trägerheck setzen. Dieses Heck veranlaßt maschinell bearbeitete Merkmale, als dieses viel größer zu werden, während sie tiefer gemacht werden. Dieses ist eine inhärente Beschränkung.

Abbildung 1 stellt den Effekt dieser LMIS-Trägerhecks auf Bearbeitungspräzision dar und zeigt ein Set Flunkerei-gemahlene Stellen in einer 100 nm starken Goldfolie. Mahlend wurde durch Helltastung der Träger in einigen Stellen, für verschiedene Dauer durchgeführt. Sogar während der kleinsten angewendeten Zeit (20 Millisekunde), ist das erstellte Merkmal mehr als 20 nm herüber, und die Graustufe ungleich null innerhalb des Loches in diesem SEM-Bild zeigt an, dass sie nicht die gesamte Folienstärke durchlief. Sogar für ein 80 Millisekunden-Stellentausendstel, über dringt nicht das Ziel vollständig ein. Bei 1 sekstückzeit scheint eine Runde 50 nm über erstellt worden zu sein.

Anderes Thema mit GA-FLUNKEREI ist der Schaden, der durch den Träger der Membranen verursacht wird. Rezente Arbeit durch Gierak auf graphene Mahlen aufgedeckt, dass die freistehende graphene Membran sich drastisch kräuselte nahe, wo der FLUNKEREI-Träger angewendet worden war. Ein Hochspannungs (200 Kev) fokussierter Elektronenstrahl, wie herein ein STAMM, kann auch verwendet werden, um vias in bestimmten Materialien über Schlag-auf Effekten zu erstellen, aber der Prozess ist langsam und in den materiellen Wahlen begrenzt.

Abbildung 1. FLUNKEREI mahlte Stellen in einer Goldfolie. Ergebnisse sind durch SEM abgebildet.

Helium IonenMikroskop und Unter-Nm Größen-Fühler

Das Heliumionenmikroskop (HIM) produziert einen unter- nmgrößenfühler mit einem Privatmesseion. Der Träger hat ein festes räumliches Profil wegen seiner niedrigen ausgebreiteten Energie (1 eV) und eines kleinen Konvergenzwinkels, die Abweichungen verringern. Die Spritzenkinetik ist niedriger als für einen Galliumträger, aber andererseits bedeutet diese, dass die Beispielinteraktionen den Träger nicht als schnell ausbreiten. Deshalb spritzen Ereignisse sind viel wahrscheinlicher, nah an dem Trägerschwerpunkt aufzutreten. Wir nennen in dieser Anmerkung ein konkretes Beispiel dieses Prozesses, basiert auf der Anwendung des Erstellens von nmscale vias in einer 100 starken Schicht nm Gold, mit dem Endziel des Herstellens eines LSPR-Detektors, wie oben eingeführt.

Herstellen von Nano--Poren Unter Verwendung der Helium-IonenMikroskope

Vias kann mit IHM durch das direkte Spritzen des Goldes erstellt werden. Strahlen Sie Bedingungen, die diese vias erfolgreich erstellen können werden gegeben in der Tabelle 1. Vias unten bis 8, die, nm im Durchmesser auf diese Weise erstellt werden kann. Wenn der Träger auf einer Stelle geparkt wird, anstelle gescannt, ist 5 nm über möglich. Abbildung 2 gibt eine Anzeige über die Bearbeitungspräzision. Über Formtreue wird in diesem Fall durch die Menge des Aufrundens der Ecken und der Seitenwandwinkel gekennzeichnet. Das Eckaufrunden, gemessen durch den Radius von Biegung an den vier Ecken, ist ungefähr 5 nm. Die gemessene Seitenwand angelt Reichweite von 88 - 90º. Diese ausgezeichneten Werte dürfen die genaue maschinelle Bearbeitung von den Merkmalen, die durch traditionelle FLUNKEREI erhalten werden zu klein sind. Die Zeit benötigt für den Ionenprägebedarf etwas Erklärung. Über Für das Mahlen in einem polykristallinen Aufilm, kann die Prägekinetik von der Kornorientierung der Stelle abhängen, der gelegt wird. Dieses wird in der Abbildung 2a gesehen, in der die maschinelle Bearbeitung am rechten Rand des programmierten Rasterbereiches durch ein großes Korn behindert wurde. So nur ein allgemeiner ungefährer Richtwert kann gegeben werden. Wieder-Absetzung der Goldrückseite auf die Seitenwände erhöht die erforderliche Dosis für hohe Längenverhältnismerkmale. Der ungefähre Richtwert für Stückzeit durch eine 100 starke Schicht nm Goldunter den Zuständen von Tabelle 1 ist-, dass a über Breite x nm x-Sekunden benötigt, um zu mahlen. So wird 5 nm über in 5 Sekunden erstellt. Für ein einheitlicheres Material sind die Ergebnisse festerem prozesskontrolliertem zugänglich.

Abbildung 2. Quadratische vias, die 100 nm im starken Au erstellt werden. Größe in A) ist 100 nm, Größe in B) ist 50 nm.

Tabelle 1. Einstellungen für das Mahlen Nano-vias im Au mit IHM

Parameter Einstellen
Strahlenenergie 35 Kev
Strahlstrom 1 PA
Arbeitsabstand 5,0 mm
Scan-Baumuster Raster
Pixeldichte 256 × 256
Verweilzeit 1 µsec
Zeit zu mahlen 1 sek/nm width*

*Milling Zeit ist, sehen Text ungefähr.

Eine Schlussbemerkung über den Endpunkt des Prägeprozesses ist erforderlich. Es ist ziemlich schwierig, den Endpunkt für a über mit einem HochLängenverhältnis zu bestimmen, denn das Sekundärelektronsignal von der Unterseite solch eines Merkmals ist zu schwach. Zwei Methoden werden hier für die Durchführung dieser Aufgabe beschrieben. Das erste ist die Prüfung von Querschnitten der vias. Seit ein sub-10 nm über durchschneiden, nicht durchführbar ist, ist eine Methode, das vertikale Gesicht des Querschnitts zuerst herzustellen und legt über Schnitte nahe, die gegenüberstellen. Dieses ist auf Dünnfilmproben anwendbar und wird in Abbildung 3. dargestellt. Ein Einpassagentausendstel wird durchgeführt, um eine Beobachtungsvertiefung mit einem geschwappten unteren und vertikalen Gesicht (die Oberseite im Fig. 3a) herzustellen. Nachfolgend werden vias nahe dem Rand des vertikalen Gesichtes für Inspektion gebildet (Fig. 3b). Dieses kann eine Schnellansicht des Prägeprozesses geben. Es ist nicht eigenständig für quantitative Maße genügend, da der Seitenentweichenpfad möglicherweise für gespritzte Atome die Spritzendynamik ändert. Eine Andere Methode ist für die Charakterisierung von vias in den Membranen anwendbar. Die Lösung ist einfach, das Vorderseite zu überprüfen, dann die Probe vorbei leicht zu schlagen und die Rückseite zu überprüfen. Diese Inspektion ist möglich, weil der Spritzungsertrag niedrig genug ist, dass ein hohes Vergrößerungsbild unter Verwendung des gleichen Trägers genommen werden kann, den über erstellte. Dieses benötigt, dass einige Registrierungsmerkmale erhältlich sein sollten, zum gleichen Bereich auf beiden Seiten von der Membran zu steuern. Abbildung 4 zeigt die Rückseitenansicht einer 100 nm starken Membran, welches dem Mahlen unterworfen worden war. (Anmerkung, der die Startmethode, die angewendet wurde, um diese Membran herzustellen, eine komplexe Rückseitemorphologie erstellte, aber die vias verließen an den flachen Bereichen.) Einige kleinere vias (Pfeile) verließen in angehobenen Bereichen. Mit hoher Vergrößerungsdarstellung in IHM, können die Oberseite und die Unterseite über Öffnungen für die Bestimmung des Spritzenertrags oder über Profile verglichen werden.

Abbildung Methode mit 3. Querschnitten für die Bestimmung des Prägeendpunkts. A) Schaffung des Querschnittgesichtes, B) maschinelle Bearbeitung von den vias (top-down, Einfügung) und Bemerkung zu gekippter Probe.

Abbildung 4. Auslaufseiteansicht von vias in der Aumembran.

Selbstverständlich ist Inspektion im STAMM oder in TEM auch möglich, und ist für die Prüfung der kleinsten vias in den Membranproben nützlich. Als Beispiel werden helle Bereichübertragungshelium-Ionenmikrographen (eine experimentelle Technik) in der Abbildung 5. Vias unten bis 20 gezeigt, die nm im Au noch eine im Allgemeinen quadratische Form beibehalten. unter dem werden sie aufgerundet, in Einklang mit dem 5 nm-Radius der Bearbeitungspräzision der Biegung. Membranproben können bei sich entwickelnden Rezepten für das Mahlen von Dünnfilmen, das Erlauben von Inspektion des Eingangs und des Ausganges von über auch verwendet werden und die Lieferung der Lenkung für Prägezeitanforderungen, da auszuwerten ist einfacher, mit S/TEM.

Abbildung 5. Istzeitüberprüfung des Endpunkts durch Übertragungsdarstellung. Tatsächlich (programmiert) über Breiten, in nm: A) 20 ± 3 (20) nm, B) 8 ± 1 (5) nm, c) 5,2 ± 0,5 (Stellenmodus).

Anwendung

Einheitsfälschung, welche die Schaffung von Poren oder von vias mit kritischen Abmessungen weniger als 10 nm benötigt.

ORION® PLUS Fähigkeiten

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

Quelle: „Nano--Pore, die mit dem Helium-IonenMikroskop“ durch Carl Zeiss Mahlt

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

Date Added: Nov 17, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:12

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