Elektronska litografija in mikroskop na atomsko silo

1. Elektronska litografija in mikroskop na atomsko silo Marko Uplaznik1, Boštjan Berčič1, Jure Strle1, Mihaela Ploscaru1, Mojca Rangus1, Aleš Mrzel 1, Peter Panjan 1, Damjan Vengust1,2,DraganMihailović1,2, Boštjan Podobnik3 1Inštitut Jožef Stefan, Jamova 39, 1000 Ljubljana 2 Mo6 d.o.o., Teslova 30, Tehnološki park, 1000 Ljubljana 3LPKF, Laser & Elektronika d.o.o., Planina 3, 4000 Kranj Povzetek: Mikroskop na atomsko silo Elektronska litografija in mikroskop na atomsko silo sta močni orodji za določanje lastnosti novih, potencialno uporabnih nanomaterialov. Gre za kompozite, npr. nanožice, ki so zanimivi kot dodatki proizvodnim surovinam ali pa so uporabni kot osnovni gradniki miniaturnih mikro vezij. V prispevku smo predstavili načine delovanja in uporabo mikroskopa na atomsko silo ter metodo izdelovanja mikrovezij z elektronsko litografijo. Navedli smo tudi potencialne aplikacije nekaterim novih kompozitnih materialov v industrijske namene. Z mikroskopom na atomsko silo (slika 2.a) je mogoče opazovati nanometrske strukture z atomsko ločljivostjo. Takšna naprava je nepogrešljivi del v proizvodnji čipov, kovinskih prevlek, senzorjev, v kemiji, farmaciji, biokemiji, elektroniki, finomehaniki, strojništvu. Osnovni princip delovanja temelji na interakciji med ostro tipalno konico in substratom. V primeru prevodnih površin s tunelskim tokom določamo oddaljenost topografskih površin od podlage (slika 2.b). Izolatorje tipamo preko van de Waalsovih sil, odmik pa spremljamo z odbojem laserja od konice slika (2.c). Elektronska litografija 2.b) Shema- delovanja transmisivnega mikroskopa. Metoda izdelave temelji na istih korakih kot fotolitografija [1]: 2.c) Shema principa določanja odmika konice od substrata preko odboja laserskega curka od nosilca konice. 2.a) Slika mikroskopa na atomsko silo tipa DI3100 koncerna Veeco z Odseka za fiziko kompleksne snovi Inštituta Jožefa Štefana. 1.a) Elektronsko pisanje – z elektronskim curkom osvetlimo dele substrata, prekritega z elektronsko občutljivo polimerno pasto. 1.e) Elektronski mikroskop, ki z dopolnitvami služi tudi kot elektronski pisalnik. Nekateri primeri uporabe mikroskopa na atomsko silo 1.b) Razvijanje - osvetljeni deli so v topilih topnejši kot neosvetljeni, zato po kemijskem jedkanju na popisanih mestih ostanejo kanali. 1.c) Nanašanje kovine – pri naprševanju kovine snov v kanalih nanesemo neposredno na substrat, drugod pa ostane na površini polimerne paste. 1.d) Dvigovanje – ko odjedkamo s substrata vso preostalo pasto, ostane kovina le v kanalih, kar nam da končen vzorec, ki smo ga prvotno zarisali. Slika proteina na substratu sljude. Slika čipa. Posnetek površine zgoščenke Mikroskop na atomsko silo je osnovno orodje v nanotehnologiji • V primerjavi s fotolitografijo ima elektronska litografija nekatere prednosti: • elektronska optika omogoča kakovostnejši pisalni curek • elektronski pisalnik je moč uporabiti kot elektronski mikroskop • najmanjše strukture so velike pod 100 nm - pri fotolitografiji je to meja • zmogljivosti. Posnetka manipulacije nanožic s tipalno konico. Puščici kažeta na mesti premika nanožic. Posnetek porazdeljenih atomov zlata na površini pri 4 K. Posnetek prereza nanosa tankih površin Posnetek odtisov diamantne konice v trdi prevleki. Sodelovanja 1.f) Posnetek prereza polimerne paste po razvijanju. 1.g) Posnetek 300 nm kanala med dvema elektrodama. 1.h) Posnetek tranzistorja. Sodelovanja znotraj Inštituta Jožef Štefana • Odsek za fiziko tankih površin • Odsek za fiziko trdne snovi Dosedanje delo: Sodelovanja zunaj Inštituta Jožef Štefana • Center odličnosti: Nanoznanosti in nanotehnologija • Kemijski inštitut • Fakulteta za matematiko in fiziko • Fakultata za kemija in kemijsko tehnologijo • Politehnika, Nova Gorica • LPKF, Laser & Elektronika • Veeco • V sodelovanju s podjetjem LPKF - Laser & Elektronika, smo elektronski mikroskop predelali v elektronski pisalnik (slika 1.e). Naprava nam omogoča tako elektronsko mikroskopiranje, kot tudi elektronsko pisanje. • Osvojili in prilagodili smo mehanske in kemijske postopke, ki so potrebni pri elektronski litografiji (slike 1.a -1.d). • Sedaj uspešno izdelujemo submikronska vezja, ki jih uporabljamo pri meritvah transportnih lastnosti nanokompozitov. • Z nakupom mikroskopa na atomsko silo smo pridobili novo eksperimentalno orodje, ki ga uporabljajo tudi druge raziskovalne skupine. • Pričeli smo s tesnejšim sodelovanjem z ostalimi raziskovalnimi institucijami na konkretnih projektih: organski polprevodniki, elektrokemijska sonda, nanožice kot točkovni izvor elektronov, lastnosti trdih prevlek, študija tekoče kristalnih domen. • Sodelovanje s podejetjem LPKF, Laser & Elektronika, pri razvoju, izdelavi in vpeljavi elektronsko-litografskega paketa na tržišče, ki temelji izključno na prototipni napravi naše skupine. Viri: [1] M. Uplaznik, Meritev vzdolžne električne prevodnosti nanožičk Mo6S4I4 z uporabo elektronske nanolitografije, diplomsko delo, Fakulteta za matematio in fiziko, Univerza v Ljubljani, 2003 [2] Elektronski naslovi: http://www.veeco.com/nanotheatre/ http://complex.ijs.si/ http://optlab.ijs.si/esrr/ESRR.htm