Cercetător principal

Institutul Național de Știință și Tehnologie Industrială Avansată (AIST), Japonia

nanocontactului

Cercetările și invențiile mele

faceți clic aici pentru a vedea tot conținutul sau butonul de mai jos pentru un anumit subiect

mai multe capitole despre acest subiect:

Introducere

Ecuații de transport.

Spin Proximity/Spin Injection

Detectarea centrifugării

Boltzmann Ecv.

Curent de bandă

Curent de împrăștiere

Calea fără medii

Curent lângă interfață

Efectul Hall obișnuit

Efect anomal Hall, efect AMR

Interacțiunea spin-orbită

Efectul Spin Hall

Detecție de rotire non-locală

Ecuația Landau -Lifshitz

Interacțiunea de schimb

interacțiunea de schimb sp-d

Câmp coercitiv

Anizotropie magnetică perpendiculară (PMA)

Magnetism controlat de tensiune (efect VCMA)

Tranzistor din toate metalele

Cuplu de rotire-orbită (cuplu SO)

Ce este o gaură?

polarizarea spinului

Acumularea de încărcare

MTJ bazat pe MgO

Magneto-optică

Momentul Spin vs Orbital

Ce este Spin?

compararea modelului

Întrebări și răspunsuri

Nanotehnologie EB

Reticul 11

Tehnologia contactului nano

Cum se realizează caracteristici mici prin litografie cu fascicul de electroni (EB)

Tehnologie

Fabricarea contactului nano cu diametrul de aproximativ 30 nm folosind litografie EB este o provocare, dar posibilă sarcină. Pentru fabricarea de succes și de încredere, toți pașii ar trebui să fie bine optimizați.

Chiar dacă prin litografie cu fascicul de electroni (EB) este relativ ușor să faceți caracteristici mai mari decât sute de nanometri, următoarele sfaturi ar putea fi utile și pentru caracteristicile mai mari.

Cum se fac dispozitive cu caracteristici mai mici de 100 nm prin litografie EB. Sfaturi:

1) Utilizați rezistențe EB relativ groase amplificate chimic (grosime 150-300 nm).

2) Folosiți expunerea modulată. Marginile caracteristicilor dvs. ar trebui să fie expuse mai mult decât mijlocul.

3) Este importantă o bună focalizare a fasciculului EB.

4) De exemplu, pentru a fabrica nanomagnet cu un diametru de 30 nm, este mai bine să nu desenați un nano punct cu diametrul de 30 nm. În schimb, este mai bine să desenați un nano punct mai mare cu un diametru de 100 nm cu un profil de margine optimizat. Apoi, diametrul trebuie redus cu slăbirea.

5) Utilizați îmbunătățirea aderenței suprafeței.

6) Mutați eșantionul foarte ușor în revelator și apă.

7) Nu clătiți (păstrați) proba în apă mai mult de 10-20 sec. Micile caracteristici ale rezistenței EB pot fi deformate în apă.

8) Cea mai mică caracteristică ar trebui să fie în mișcarea fasciculului EB. De exemplu, de obicei fasciculul EB se deplasează de la stânga la dreapta (de-a lungul axei x). Deci, axa lungă a elipsei ar trebui să fie de-a lungul axei x, iar axa scurtă să fie de-a lungul axei y.

Metoda de expunere modulată

Expunerea EB la nano magnet sau nano contact prin metoda modulată de expunere

Este o parte importantă a acestei tehnologii!

Prin această metodă se controlează forma rezistenței EB gravate. (A se vedea figura 3 de mai jos)

Idee:

În loc de expunere omogenă EB a unei zone a unui obiect, zona de expunere este împărțită în 3 zone:

1) zona de frontieră a unei expuneri ridicate și optimizate

2) decalaj fără expunere

3) zona principală a unei expuneri minime posibile

Lățimile zonei de margine și decalajul trebuie optimizate în funcție de sensibilitatea și grosimea rezistenței EB și viteza maximă de modulare a fasciculului electronic al mașinii dvs. EB.

Obstacol pentru litografia EB: Efect de proximitate a electronilor

Când fasciculul de electroni expune o zonă dorită de rezistență EB, electronii sunt reflectați din eșantion la diferite unghiuri și o anumită zonă nedorită devine, de asemenea, expusă.

Pentru a reduce consecințele nedorite ale efectului de proximitate a electronilor, ar trebui utilizată cea mai mică expunere posibilă. În acest număr de electroni reflectați nu este suficient pentru a expune rezistența EB în zone nedorite. Cu toate acestea, rezistența EB slab expusă nu își poate păstra bine forma. Prin urmare, este necesară o expunere mai mare la marginea formei de scriere.

Un alt merit al metodei de expunere modulată este că marginea rezistenței EB poate fi optimizată.

.Fișierele j01 de diferite forme pentru metoda de expunere modulată pot fi găsite în partea de jos a acestei pagini

Strat de izolare

Este folosit pentru o izolație electrică între electrozii din spate și cei superiori ai unui nonocontact.

Depunerea stratului de izolație este urmată de procesul de ridicare sau planare, ambele fiind foarte sensibile la grosimea stratului de izolație.

Stratul de izolație trebuie să fie cât mai subțire posibil.

De asemenea, materialul izolației trebuie să fie moale sau/și fragil pentru a fi ușor spart sau/și lustruit.

Deoarece o rezistență EB se recristalizează la o temperatură ridicată, un strat subțire de izolație trebuie fabricat la o temperatură scăzută.

Primele opțiuni sunt depunerea prin sputtering sau depunerea fasciculului electronic. CVD sau PCVD necesită o temperatură mai ridicată. Un ALE cu tematică redusă ar putea fi o opțiune.

Materiale

1) SiO2 este cel mai des folosit material. Grosimea minimă este de 45-55 nm. Sub această grosime, SiO2 se grupează. Un curent electric se scurge prin găurile dintre

Expunerea EB a unui obiect de dimensiuni mari prin metoda de expunere modulată

2) Al2O3 este amorf. 15 -30 nm de Al2O3 oferă o izolație bună. Problemă majoră: Al2O3 este gravat de dezvoltatorul resist. Face multe dureri de cap pentru următoarele procese de fabricare.

3) Ti2O3 este amorf. 15 -30 nm de Ti2O3 oferă o bună izolare. Problemă majoră: în timpul pulverizării, Ti2O3 tinde să cristalizeze în particule mici în interiorul camerei. Se murdărește camera de pulverizare într-un timp scurt.

Lift-off sau planarizare .

După depunerea stratului de izolație, rezistența EB a contactului nano este acoperită de materialul de izolare. Pentru a deschide contactul nano se utilizează fie ridicarea, fie planificarea.

planarizare este mai util pentru probele de dimensiuni mai mari. Este adesea folosit pentru producția de masă în companii.

ridicare este mai util pentru probele de dimensiuni mai mici. Este adesea folosit în institute și universități.

Planarizarea

Metoda 1: Lustruire mecanică.

Înălțimea zonei cu rezistență EB este mai mare decât în ​​zona cu rezistență EB. Lustruirea mecanică îndepărtează materialul de izolare în zonele cu rezistență EB și nu deteriorează izolația în zonele fără rezistență EB.

Metoda 2: gravarea RIE (o gravură umedă ar putea funcționa și ea)

Grosimea materialului de izolare este mai subțire la rezistența EB și mai groasă în zonă fără rezistență EB. Gravarea unei părți de izolare ar putea deschide contactul nano. În același timp, materialul de izolație rămas în zone fără rezistență la EB ar putea fi suficient pentru a izola electrozii de sus și de spate. Notă: această metodă este sensibilă la dimensiunea contactului nano. Este eficient pentru contactele nano cu diametrul de 50 nm sau mai puțin. Nu funcționează pentru dimensiuni mai mari de 100 nm.

Decolarea

Fig.3 Secțiunea transversală a rezistenței EB dezvoltate.

Formă diferită de rezistență EB, care poate fi realizată prin metoda de expunere modulată prin optimizarea lățimii spațiului și a expunerii la margine.

a) nu este bun; b) optim pentru ghiduri de undă c) optim pentru nano-magneți, ghiduri de undă și procesul de ridicare

În acest caz, rezistența EB este dizolvată prin NMP fierbinte (T = 70-120 grade C). Materialul izolant de deasupra rezistenței EB dizolvate este rupt și îndepărtat mecanic.

În zilele noastre multe camere curate au diferite tipuri de mașini de ridicat, care sunt foarte eficiente și ușor de utilizat. Randamentul de 100% pentru contactele nano de diferite dimensiuni poate fi atins în mod fiabil.

Acum, o mașină de ridicat este o mașină importantă pentru multe nano-tehnologii.

În unele universități, preluarea, care combină NMP fierbinte + curățător cu ultrasunete + forță mecanică manuală pe suprafața eșantionului, poate avea succes. Cu toate acestea, randamentul este slab pentru această metodă de ridicare. În cazul contactului nano, în care sunt utilizate materialele cu o aderență slabă (cum ar fi metalul + semiconductorul), curățarea cu ultrasunete distruge contactele nano și trebuie evitată la toate etapele tehnologiei de fabricație.

Slăbire

De exemplu, pentru a fabrica un nanomagnet cu un diametru de 30 nm, este mai bine să nu desenați un nano punct cu diametrul de 30 nm. În schimb, este mai bine să desenați un nano punct mai mare cu un diametru de 100 nm cu un profil de margine optimizat. Apoi, diametrul trebuie redus cu slăbirea.

Notă: Dacă aveți nevoie de un nano contact sau un nano magnet cu o dimensiune de 30-50 nm sau mai mică, nu încercați să realizați un model EB de această dimensiune. Este mult mai bine să creați un model de dimensiuni mai mari, cu o formă de margine optimizată și controlată. Apoi, pentru a reduce dimensiunea la dimensiunea necesară prin metoda de slăbire. Rezultatul este incomparabil mai bun.

Este mai bine să utilizați o mașină RIE pentru slăbire. În camera noastră curată avem doar o mașină ICP-RIE. Poate fi folosit

time = 40 "(este optimizat pentru fiecare proces)

Frezare

Frezarea Ar este un pas critic al acestei tehnologii.

O suprafață netedă de gravare, o rată stabilă de gravare și o redepunere minimă sunt parametrii cheie ai mașinii de gravat.

Deoarece o rată de gravare a măcinării Ar depinde în mod semnificativ de temperatura eșantionului și poate fi foarte mare în timpul gravării, stabilitatea și repetabilitatea sunt parametri importanți ai acestei mașini.

De exemplu, pentru a fabrica un contact nano pentru memoria spin-foton, precizia gravării trebuie să fie mai bună de 0,1 nm. În caz contrar, rezultă o rezistență foarte mare a contactului nano.

AuВ В 2.9167 A/s = 17,5 nm/minВ В В В В В В В В В FeB 0,9375 A/s =5,6250 nm/min В В В В В В SiO2В 1,05 A/s = 6,3 nm/min (de Yamamoto SiO2В 1,035 A/s = 6,21 nm * min, В 05.2009 - 5,71 nm/min)
CrВ В 0,9333A/s = 5,6 nm/minB B B B B B B B B B B B B B B MgO B 0,5 A/sB (vechi 0,210 A/s = 1,26 nm/min (16/01 0,36 A/s)) CoLa 0,922 A/s
GaAsВ В 2,8 A/s = 16,8 nm/min В В В В В В В В В В NiFeB B 1,01 A/s = 6,06 nm/minB B B B În CoFeÎn B 0,86 A/s = 5,16 nm/min
Tu= 0,449 A/s = 2,6340 nm/min В В В В В В В В Co= 0,922 A/s = 5,53 nm/minB B B B Ga2O3 = B 1,2 A/sec = 7,2 nm/min
Al = 8 nm/minB În B AlO3 = 1,5 nm/min (meu) B 1 nm/min (grup), B daB = 6,666 nm/minB Ru= 0,95-1 A/s B (16/01 1,05 A/s) B B, B Ta

La 2,5 nm/min, FeBTb (15 W) = 1 nm/15 ”= 0,667 A/sB Pt->1 nm = 11 ”; În Ir

Îi sunt foarte recunoscător dr. Fukushima (AIST) pentru proiectarea, realizarea și permisiunea de a folosi mașina de frezat Ar și mașina de ridicat.

Aliniere

Folosesc semnele de aliniere Cr (5 nm): Au (70 nm)/Cr (5 nm). (Notă: Cr de sus este utilizat pentru a crește aderența materialelor la semne. Este important să menținem semnele în formă bună pentru un proces lung de fabricație)

În unele cazuri, un material dintr-un eșantion este utilizat pentru mărci. Uneori, numai 5-8 nm dintr-un metal sunt suficiente pentru alinierea atât pentru litografia EB cât și pentru stepper.

Frezarea Ar este mult mai bună. Precesiunea de aliniere crește de aproximativ 2-8 ori comparativ cu cazul semnelor fabricate prin ridicare.

Semnele de ridicare trebuie folosite numai în cazul în care o probă are o protecție superioară foarte slabă și critică.

Gradient de temperatură, curățător cu ultrasunete

Aderența unui contact nano la corpul probei este slabă din cauza dimensiunilor sale mici.

Poate fi ușor rupt (deconectat de la corpul principal) din mai multe motive. Ai grija.

1) un gradient termic mare. Încălziți și răcoriți proba foarte încet.

2) un detergent cu ultrasunete. Evitați sau reduceți la minimum utilizarea unui detergent cu ultrasunete. Amintiți-vă că frecvența de funcționare a dispozitivului de curățat cu ultrasunete este un parametru important și ar trebui optimizată în funcție de dimensiunile critice ale nanomagnetilor dvs.

Imagini SEM ale nanomagnetilor FeCoB și FeB (vedere de sus)

Zona mai întunecată din centru este suprafața superioară a nanomagnetului

Înconjurătorul mai luminos este stratul de izolare SiO2

60 nm x 120 nm 70 nm x 140 nm 90 nm x 200 nm 700 nm x700 nm

240 nm x570 nm 1100 nm x1900 nm 1100 nm x1900 nm

fișiere j01 pentru scriitorul JEOL EB

top number/10 este dimensiunea, care trebuie introdusă în timpul înregistrării fișierelor j01

marcajele de aliniere (Cr (5 nm)/Au (70 nm)/Cr (5 nm)) trebuie făcute folosind reticulul 10

fișiere jdf pentru scriitorul JEOL EB

Fișiere Matlab pentru a genera, monitoriza, modifica fișiere .jdf și j01

15 secunde pe o rotație
SiO2В В 100 В В В В 100nm/55min = 1,81 nm/minВ В В В (0,1Pa Ar = 9,5 O2 = 0,5)
SiO2В В 200 В В В В 100nm/28min = 3,57 nm/minВ В В В (0,1Pa Ar = 9,5 O2 = 0,5)

CoВ В В В 100 WВ В В В В В В 85nm/60min = 1,42 nm/min В В В (0,5Pa Ar = 30)
CrВ В В В 100 WВ В В В В В В 312nm/60min = 5,2 nm/minВ В В В (0.1Pa Ar = 15)
FeВ В В В 100 WВ В В В В В В 60nm/90min = 0.6667 nm/minВ В В В (0.8Pa Ar = 50)
AuВ В В В 100 WВ В В В В В В 192Nm/13min = 14,77 nm/min (0Pa Ar = 15)
AuВ В В В 50 WВ В В В В В 7.6 nm/minВ (0.1Pa Ar = 15) В zeng's 7.6 (metal) 7.9 (SiO2) nm/minВ В В jumătate 7.385В
CrВ В В В 50 WВ В В В В В В 2,6 nm/min = 0,4333 A/sВ В В (0,1Pa Ar = 15)
SiO2 HPВ В 200 W В В В 92,5nm/30min = 3,08 nm/min В В В (0,4Pa Ar = 38 O2 = 2)
TuВ В В В В В 100 WВ В В В В В В В В 3 nm/min В В В (0,1 Pa, Ar = 15 sccmВ В Fukushima)
AlLa 50 WB 3 nm/min 100 W 6 nm/min La 200 W 11,2 nm/min
Al2O3B B 100 WB 1,04 nm/minB (25 nm/24 min) B 50 W = 0,5 nm/min
da 100 WB B B 3,25 nm/min
TiO2La 200 WB 3 nm/minV poate 100 W 1,5 nm/minV
RuLa 100 W 32 nm/10 min 3,2 nm/min