Диссертация (1102985), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Хром обеспечивал адгезию пленок золота споверхностью SiO2. Затем на образцы методом термического распыления с"лодочки" (емкость из тугоплавкого металла W, подогреваемая протекающимэлектрическим током) наносился слой Au толщиной 40 нм. Схематическоеизображение образца после напыления слоев металла показано на рисунке11.Рис. 11. Схематичное изображение образца (Si) с изолирующимдиэлектрическим слоем SiO2 и двухслойной полимерной маской посленапыления Au.29Для удаления двухслойной полимерной маски и лежащих на них слояхCr и Au образцы погружались в ацетон. Время удаления ("взрыва" (lift-off)[66]) маски составляло 15 - 20 минут до полного ее отслоения от образца.Такое небольшое время свидетельствует о созданном перед напылениемметаллических пленок достаточном нависании верхнего слоя маски наднижним. Из-за такого нависания электроды имеют ровные края и непрепятствуют растворению и отслоению полимерной маски.
Для ускоренияпроцесса растворения иногда применялось кратковременное (1 - 2 мин)включение ультразвука. За счет тонкого слоя Cr, напыленного дляувеличения адгезии под пленку Au, образцы выдерживают кратковременноеприменение УЗ (пленка Au не отрывается от поверхности SiO2). Схематичноеизображение электродов Au на образце после удаления полимерной маскиприведено на рисунке 12.Рис. 12. Схематичное изображение образца (Si) с изолирующимдиэлектрическим слоем SiO2 и напыленными электродами Au после удаленияполимерной маски.Снимок в РЭМ центральной части (80 х 80 мкм) реального образцаприведен на рисунке 13.
Хорошо видно, что электроды имеют ровные,незадранные края, это является следствием нависания верхнего слояполимерной маски над нижним слоем, созданного на образцах в процессепроявления (вскрытия окон маски) двухслойной полимерной пленки.30Рис. 13. РЭМ-снимок подводящих электродов золота в центре образца(область 80 х 80 мкм). Качество краев электродов обеспечено применениемдвухслойной полимерной маски ПММА/ММА.Применение двухслойной маски ПММА/ММА позволило создатьподводящие электроды (с размерами от 2 мм до 5 мкм) с ровными(незадранными) краями и достаточной адгезией даже при удаленииполимерной маски в УЗ. Однако, применение маски с такой толщиной (более400 нм) не пригодно для формирования наноэлектродов и нанопроводов сшириной менее 500 нм.
Для создания таких нанопроводов были найденыоптимальныепараметрынанесенияизасветкиэлектроннымлучомдвухслойной полимерной маски ПММА/ПММА. (Схематичное изображениепроцесса нанесения, засветки и проявки маски аналогичны рисункам8,10,11,12, за исключением замены толстого слоя сополимера ММА (400 нм)на тонкий слой полимера ПММА (50 нм)).При использовании маски ПММА/ПММА на подготовленные заранееобразцы с диэлектрическим покрытием SiO2 на первом этапе наносился31нижний слой ПММА (электронный резист Microchem PMMA 950 C2).
Слойполимера наносился методом центрифугирования на скорости 3500 об/м втечение 45 секунд (толщина пленки около 50 нм). Стеклование полимера накерамической плитке проводилось при температуре 160 С в течение 10минут.Особенностью двухслойной полимерной пленки в этом случае(ПММА/ПММА) является одинаковая чувствительность каждого слоя кисточнику УФ излучения. Поэтому для повышения чувствительностинижнегослояпереднанесением верхнегослояпроизводилась егократковременная засветка.
Засветка проводилась УФ излучением с длинойволны 290 нм. Интенсивность излучения устанавливалась 25 - 27 мВт/см2 ,время засветки составляло 3 минуты. Несколько серий проведенного намиэксперимента демонстрируют, что такой засветки нижнего слоя достаточнодля оптимального соотношения скоростей проявки нижнего и верхнего слоевполимера.ВторойслойполимераПММАнаносилсятакжеметодомцентрифугирования на скорости 3500 об/м в течение 45 секунд, однакотемпература стеклования составляла 140 С в течение 10 минут.Таким образом, на образцах формировалась достаточно тонкая (около100 нм) двухслойная пленка ПММА/ПММА с увеличенной к проявителючувствительностью нижнего слоя.Засветка топологии наноэлектродов и нанопроводов для субмикронныхобластей(ширинойменее1мкм)проводиласьлучомрастровогоэлектронного микроскопа (РЭМ) фирмы Carl Zeiss Supra 40.
Управлениелучоммикроскопаосуществлялосьпрограммно-аппаратнойлитографической платформой Elphy Quantum (разрешение ЦАП в полезасветки 16 бит, частота дискретизации ЦАП 2.5 МГц).При ускоряющем напряжении 20 КВ и токе электронного луча 20 пАпроводилась засветка топологии электродов и нанопроводов с шагом 2 нм.Эквивалентная доза для проводов с шириной более 500 нм составляла 30032мкКл/см2, для проводов с шириной менее 500 нм - 500 мкКл/см2. Шаблон длязасветки нанопроводов представлен на рисунке 14.
Топология нанопроводовпредставляет собой вытянутые прямоугольники, пересекающиеся междусобой. Каждый прямоугольник является областью засветки полимернойпленки электронным лучом. Засветка производилась линиями (шаг луча полинии 2 нм) вдоль длинных сторон прямоугольников с интервалами 2 нм.Рис 14. Шаблон для засветки центральной области 80х80 мкм двухслойноймаски ПММА/ПММА в электронном микроскопе. Каждый прямоугольникпредставляет собой часть будущего нанопровода и засвечиваетсяэлектронным лучом.Проявление засвеченных участков пленки ПММА/ПММА (вскрытиеокон маски) проводилось в растворе толуола и изопропилового спирта(соотношение 1 к 10).
Смесь проявителя поддерживалась при температуре 20С, время проявления образцов в смеси было 2 минуты. После проявления33образцы промывались в изопропиловом спирте и высушивались нацентрифуге.Затем на установке Leybold L-560 при давлении не хуже 8*10-7 мбар наобразец проводилось термическое напыление пленок Cr и Au. Распыление Crпроисходило с помощью электронного луча, скорость напыления составляла1 А/с, общая толщина напыленной пленки 2 нм.
Толщина напыленнойтермически пленки Au составляла 40 нм.Для исследования качества двухслойной маски ПММА/ПММА доудаления маски образцы были исследованы в РЭМ. Снимок в РЭМтонкопленочного нанопровода золота приведен ниже (рис 15.). Черная линиявдоль границ нанопровода свидетельствует об отсутствии соединения пленкинапыленного нанопровода со слоем металла, лежащим на маске. Этоподтверждает наличие созданного привскрытии окон двухслойнойполимерной маски нависания верхнего слоя маски над нижним.Рис.
15. РЭМ-снимок тонкопленочного нанопровода золота в центре образцадо удаления двухслойной маски ПММА/ПММА. Качество краев электродов34обеспечено применением двухслойной полимерной маски ПММА/ПММА сискусственно подсвеченным нижним слоем.Таким образом, при применении двухслойной маски из одинаковыхслоев полимера возможно создание нависания верхнего слоя над нижним засчет искусственного увеличения чувствительности нижнего слоя полимера.Это дает возможность применять двухслойную полимерную маску дляизготовления нанопроводов с субмикронными размерами.Однако для создания нанопроводов с шириной менее 100 нм опятьвстает вопрос геометрического соответствия такой ширины и толщины маски(для двух слоев ПММА - около 100 нм). В работе было проведеноисследование создания тонкопленочных (менее 20 нм) нанопроводов воднослойной маске ПММА (толщина 50 нм).
Были определены оптимальныепараметры нанесения полимера и засветки структуры нанопроводов сразмерами менее 100 нм для получения ровных краев этих нанопроводов.Указанные далее цифры как раз и являются этими параметрами.Для использования однослойной маски из полимера на образцы сдиэлектрическим защитным слоем (400 нм SiO2) наносился полимер ПММА(электронный резист Microchem PMMA 950 C2).
Нанесение полимераосуществлялось методом центрифугирования на скорости 3500 об/м втечение 45 секунд. Стеклование нанесенного тонкого (50 нм) слоя полимерапроводилось на керамической плитке с температурой 160 С в течение 10минут.Засветка нанопроводов проводилась лучом растрового электронногомикроскопафирмыCarlZeissSupra40.Ускоряющеенапряжениеустанавливалось 10 КВ, и ток электронного луча составлял 90 пА. Засветкаузких (менее 100 нм) нанопроводов возможна как при помощи двухмерногополигона (построчное прохождение луча с малым временем нахождения водной точке), так и при однократном проходе луча с большой эквивалентнойдозой вдоль оси будущего нанопровода.
Наши эксперименты показали, что35для однослойной маски второй способ позволяет лучше контролироватьширину получающихся электродов. Полоски нанопроводов засвечивались сшагом 2 нм и эквивалентной дозой 1100 мкКл/см2.Послезасветкиполосокнанопроводовпроводилосьудалениезасвеченных областей (вскрытие окон маски) полимерной пленки в растворетолуола и спирта (соотношение 1 к 10). Температура смеси поддерживаласьна уровне 20 С. Наши эксперименты показали, что при примененииоднослойной полимерной маски для формирования вертикальных границзасвеченной и незасвеченной областей полимера проявление необходимопроводить в присутствии УЗ.
Поэтому все образцы при проявлениинаходились в смеси толуола и спирта 2 минуты, с пятисекунднымвключением УЗ в конце каждой минуты. После раствора проявителя образцыпогружались в изопропиловый спирт, а затем высушивались на центрифуге.Напыление золота в окна полимерной маски проводилось в установкеLeybold L-560. Давление в камере до начала напыления составляло не более8*10-7 мбар.
На образцы на первом этапе термическим способом напылялсяCr (толщина пленки 2 нм) со скоростью 1 А/с. На втором этапе термическимспособом напылялась пленка Au толщиной 15 нм.После напыления слоев металла образцы были погружены в ацетон на20 минут для растворения полимерной маски и удаления лишнего металла,лежащего на маске.
Ниже приведен РЭМ-снимок (рис 16.) золотыхнанопроводов с шириной 50 нм, сформированных на диэлектрическойподложке SiO2 с адгезионным подслоем Cr.36Рис. 16. РЭМ-снимок тонкопленочных нанопроводов золота шириной 50 нм,полученных с помощью однослойной полимерной маски ПММА.Такимметаллическихобразом,вработетонкопленочныхразработанынанопроводовметодикиразличнойсозданиягеометрии(шириной более 1 мкм, менее 1 мкм, менее 100 нм) с применениемполимерных масок, содержащих 1 и 2 слоя. Оптимизированы параметрынанесения и засветки полимерной маски каждого типа с целью получениякачественных (ровных и незадранных) краев металлических нанопроводов.2.2.
Создание многослойных систем электродов для управленияэлектронным транспортом в наносистемахДля исследования свойств электронного транспорта и электрическиххарактеристик наносистем необходимо создать удобный интерфейс отвнешних приборов и устройств к очень малым объектам. Создание такогоинтерфейса за один технологический цикл (как, например, созданиенанопроводов, описанное выше) является практически невозможной задачей.37Ограничение на одинаковость толщины всех нанопроводов и электродов,отсутствие возможности создания пересечений нанопроводов без замыканиймежду собой - все это приводит к необходимости создания многослойногоинтерфейса(системынанопроводов).Болеетого,дляизмеренияэлектрических характеристик управления важно понимать геометриюисследуемой наносистемы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
