Nano-Pore Fraisant Utilisant L'ORION® PLUS le Microscope d'Ion d'Hélium par Carl Zeiss

Sujets Couverts

Applications des Pores de Nanosized
Caractéristiques techniques de Nanoscale de Fabrication et de Représentation Utilisant le Faisceau D'ions De Focusd
Limitations de Faisceau D'ions De Focusd
Microscope d'Ion d'Hélium et Sonde de Taille de Sous-Nanomètre
Produire des Nano-Pores Utilisant des Microscopes d'Ion d'Hélium
Application
ORION® PLUS des Capacités

Applications des Pores de Nanosized

Les Pores ou les vias avec la taille de nanomètre d'unique-chiffre sont nécessaires pour la réalisation de beaucoup d'applications. Ceux-ci comprennent :

  • Senseurs Chimiques, tels que les détecteurs extérieurs localisés de résonance (LSPR) de plasmon, qui exigent des caractéristiques techniques se sentantes d'avoir une taille approcher cela des parties mesurées
  • ADN ordonnançant par l'intermédiaire de l'électrophorèse, qui exige les membranes isolantes avec un diamètre près de cela de la Molécule d'ADN
  • Filtration et analyse de Biomolécule, qui exige des alignements de nano-pore avec la petite taille pourtant le débit total suffisamment élevé
  • Olographie de Rayon X, pour laquelle les petites ouvertures, des fentes, ou d'autres ouvertures de diffraction sont nécessaires pour produire un front des ondes de référence

Les applications exigent souvent des pores d'avoir un rapport hauteur/largeur élevé de 10 : 1 ou plus. Ainsi il est désirable d'avoir une méthode pour effectuer des dispositifs de prototype ou de recherches avec la précision de usinage de haut et la souplesse de structuration.

Caractéristiques techniques de Nanoscale de Fabrication et de Représentation Utilisant le Faisceau D'ions De Focusd

Les poutres de particules Chargées sont les outils les plus flexibles pour des caractéristiques techniques de fabrication et de représentation sur la nano-échelle. Il y a des limites matérielles à la capacité des poutres de particules chargées de produire les caractéristiques techniques exigées pour les applications ci-dessus. La plupart de méthode classique utilisée aujourd'hui est le faisceau d'ions orienté (FIB), basé sur la source d'ions liquide en métal de gallium (GA LMIS).

Limitations de Faisceau D'ions De Focusd

Cette méthode est limitée dans elle capacité de fonctionner à l'échelle de taille d'intérêt, cependant. Une raison de ceci est la taille d'endroit plus grande, en général 3-7 nanomètre, qui caractérise une poutre de BOBARD. En plus de l'endroit central de la poutre, le grand écart d'énergie du LMIS (eV 5) mène aux aberrations qui mettent le courant significatif d'ion dans un arrière étendu de poutre. Cet arrière fait devenir les caractéristiques techniques usinées beaucoup plus grandes que ceci pendant qu'elles sont rendues plus profondes. C'est une limitation inhérente.

Le Schéma 1 montre l'effet de ces arrières de poutre de LMIS sur la précision de usinage, montrant un ensemble d'endroits Bobard-fraisés dans une feuille d'or épaisse de 100 nanomètre. Fraisant a été effectué par unblanking la poutre dans plusieurs endroits, pour différents laps de temps. Même pendant le plus petit temps appliqué (20 millisecondes), la caractéristique technique produite est plus de 20 nanomètre à travers, et le niveau gris différent de zéro à l'intérieur du trou dans cette image de SEM indique qu'il n'est pas passé par l'épaisseur entière d'aile. Même pour une fraise d'endroit de 80 millisecondes, par l'intermédiaire de ne pénètre pas l'objectif complet. À 1 temps machine de sec, un rond 50 nanomètre par l'intermédiaire du du sembl avoir été produit.

L'Autre sujet avec le GA-BOBARD est les dégâts provoqués par la poutre aux membranes. Travaux Récents à côté de Gierak sur le fraisage de graphene indiqué que la membrane autonome de graphene s'est enroulée excessivement près d'où la poutre de BOBARD avait été appliquée. (200 kev) un faisceau d'électrons orienté à haute tension, tel que dedans une CHEMINÉE, peut également être employé pour produire des vias en certains matériaux par l'intermédiaire des réactions d'en chaîne, mais le procédé est lent et limité dans des choix matériels.

Le Schéma 1. BOBARD a fraisé des endroits dans une feuille d'or. Les Résultats sont imagés par SEM.

Microscope d'Ion d'Hélium et Sonde de Taille de Sous-Nanomètre

Le microscope d'ion d'hélium (HIM) produit une sous sonde de taille de nanomètre avec un ion de la faible masse. La poutre a un profil spatial serré dû à son écart d'énergie faible (1 eV) et à une petite cornière de convergence, qui réduisent des aberrations. Les tarifs de pulvérisation sont inférieurs que pour une poutre de gallium, mais réciproquement ceci signifie que les interactions d'échantillon n'écartent pas la poutre en tant que rapidement. Les événements Par Conséquent de pulvérisation sont beaucoup pour se produire près de l'axe de poutre. Nous donnons dans cette note un exemple concret de ce procédé, basé sur l'application de produire des vias de nmscale dans des 100 couches épaisses d'or de nanomètre, avec l'objectif final de produire un détecteur de LSPR, comme introduit ci-dessus.

Produire des Nano-Pores Utilisant des Microscopes d'Ion d'Hélium

Vias peut être produit avec LUI par la pulvérisation directe de l'or. Rayonnez les conditions qui peuvent avec succès produire ces vias sont données dans le Tableau 1. Vias en baisse à 8 que le nanomètre de diamètre peut être produit de cette fa4con. Si la poutre est stationnée sur un endroit au lieu de balayer, des 5 nanomètre par l'intermédiaire de est possible. Le Schéma 2 donne un signe de la précision de usinage. Par l'intermédiaire de la fidélité de forme est caractérisé dans ce cas par la quantité d'arrondissage des coins et des cornières de flanc. L'arrondissage faisant le coin, mesuré par le radius de lordose aux quatre coins, est approximativement 5 nanomètre. Le flanc mesuré pêche le domaine de 88 - 90º. Ces excellentes valeurs tiennent compte de l'usinage précis des caractéristiques techniques trop petites pour être obtenues par BOBARD traditionnel. Le temps nécessaire pour les besoins de fraisage d'ion une certaine explication. Pour fraiser dans un film polycristallin d'Au, les tarifs de fraisage peuvent dépendre de l'orientation de texture de l'endroit par l'intermédiaire d'où est mis. Ceci est vu dans la Figure 2a, où l'usinage à la bonne arête de la zone programmée de trame a été entravé par une grande texture. Ainsi seulement une règle empirique générale peut être donnée. le Re-Dépôt de l'arrière d'or sur les flancs augmente la dose exigée pour les caractéristiques techniques élevées de rapport hauteur/largeur. La règle empirique pendant le temps machine par des 100 couches épaisses d'or de nanomètre dans les conditions du Tableau 1 est qu'a par l'intermédiaire de largeur de x nanomètre aura besoin de des secondes de x pour fraiser. Ainsi, des 5 nanomètre par l'intermédiaire de est produits en 5 secondes. Pour un matériau plus uniforme, les résultats seront favorables à un contrôle du processus plus serré.

Le Schéma 2. vias Carrés étant produits en Au épais de 100 nanomètre. La Taille en a) est 100 le nanomètre, taille en b) est 50 nanomètre.

Configurations du Tableau 1. pour le nano-vias de fraisage en Au avec LUI

Paramètre Régler
Énergie de Poutre 35 kev
Courant de Poutre 1 PA
Distance de Fonctionnement 5,0 millimètres
Type d'Échographie Trame
Densité de Pixel 256 × 256
Temps de pause 1 µsec
Heure de fraiser 1 width* de sec/nanomètre

le temps *Milling est environ, voient le texte.

Une note de fin au sujet du point final du procédé de fraisage est nécessaire. Il est tout à fait difficile de déterminer le point final pour a par l'intermédiaire de avec un rapport hauteur/largeur élevé, parce que le signe d'électron secondaire du bas d'une telle caractéristique technique est trop faible. Deux méthodes sont décrites ici pour effectuer cette tâche. Le premier est l'examen des coupes transversales des vias. Depuis couper un sub-10 nanomètre par l'intermédiaire de est irréaliste, une méthode est de produire la face verticale de la coupe transversale d'abord, et met par l'intermédiaire des coupures près qui font face. Ce s'applique aux échantillons de film mince et est illustré sur le Schéma 3. Une fraise de passe simple est exécutée pour produire une piqûre d'observation avec une face inférieure et verticale renversée (la première face dans Fig. 3a). Ultérieurement des vias sont formés près de l'arête de la face verticale pour l'inspection (Fig. 3b). Ceci peut donner un avis rapide du procédé de fraisage. Il n'est pas suffisant seule pour des mesures quantitatives, puisque le chemin latéral d'évasion pour les atomes pulvérisés peut modifier la dynamique de pulvérisation. Une Autre méthode s'applique pour caractériser des vias dans des membranes. La solution est simplement d'examiner la partie antérieure, puis de renverser l'échantillon plus d'et d'examiner le postérieur. Cette inspection est possible parce que le rendement de pulvérisation est assez bas qu'une image élevée d'agrandissement peut être prise utilisant la même poutre par l'intermédiaire de la laquelle a produit. Ceci exige que quelques caractéristiques techniques d'inscription devraient être disponibles pour diriger à la même zone des deux côtés de la membrane. Le Schéma 4 affiche la vue de postérieur d'une membrane épaisse de 100 nanomètre ce qui avait été soumis au fraisage. (La Note que la méthode de décollage employée pour produire cette membrane a produit une morphologie complexe d'arrière, mais les vias a quitté aux zones plates.) Quelques plus petits vias (flèches) ont quitté dans des zones augmentées. Avec la représentation élevée d'agrandissement dans LUI, le haut et bas par l'intermédiaire des ouvertures peut être comparé pour déterminer le rendement de pulvérisation ou par l'intermédiaire des profils.

Le Schéma méthode de 3. Coupes transversales pour déterminer le point final de fraisage. a) création de face en coupe, b) usinage des vias (hiérarchisés, vignette) et observation sur l'échantillon incliné.

Le Schéma 4. vue de côté de Sortie des vias dans la membrane d'Au.

Naturellement l'inspection dans la CHEMINÉE ou le TEM est possible aussi bien, et est utile pour contrôler les plus petits vias dans des échantillons de membrane. Comme exemple, des micrographes lumineux d'ion d'hélium de boîte de vitesses de zone (une technique expérimentale) sont affichés sur le Schéma 5. Vias vers le bas à 20 que le nanomètre en Au maintiennent toujours une forme fondamentalement carrée. ci-dessous cela ils sont arrondis, compatible avec les 5 radius de nanomètre de précision de usinage de lordose. Des échantillons de Membrane peuvent également être utilisés en cours de recettes se développantes pour les films minces de fraisage, permettant l'inspection de l'entrée et de la sortie du par l'intermédiaire de et fournissant l'orientation pour des conditions en temps de fraisage, puisqu'il est plus facile d'évaluer avec S/TEM.

Le Schéma vérification de 5. Temps réels de point final par la représentation de boîte de vitesses. Réel (programmé) par l'intermédiaire des largeurs, dans le nanomètre : a) 20 ± 3 (20) nanomètre, b) 8 ± 1 (5) nanomètre, c) 5,2 ± 0,5 (mode d'endroit).

Application

Fabrication de Dispositif exigeant la création des pores ou des vias avec des cotes critiques moins de 10 nanomètres.

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.

Source : « Nano-Pore Fraisant avec le Microscope d'Ion d'Hélium » par Carl Zeiss

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

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

Last Update: 14. June 2013 04:06

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