Методы формирования наноструктур

В настоящее время возникли инструменты, позволяющие манипулировать веществом на наноскопическом уровне. [7]

К ним относятся:

Зондовое сканирование:

В этом случае отдельные атомы или молекулы двигаются по поверхности зондом, который толкая их или поднимая, устанавливает их на другое место.

1.Способ сканирования поверхности объекта в зондовой микроскопии, включающий взаимное перемещение зонда и объекта, отличающийся тем, что взаимное перемещение зонда и объекта осуществляют, огибая, по меньшей мере, одну исследуемую зону поверхности объекта.

2. Способ сканирования поверхности объекта по п.1, отличающийся тем, что взаимное перемещение зонда

Рис.7 Принцип действия зонда

и объекта осуществляют по спирали.

3. Способ сканирования поверхности объекта по п.1, отличающийся тем, что взаимное перемещение зонда и объекта осуществляют по окружностям разного диаметра.

4. Способ сканирования поверхности объекта по п.1, отличающийся тем, что взаимное перемещение зонда и объекта происходит по ломаной линии.

5. Способ сканирования поверхности объекта по п.1, отличающийся тем, что взаимное перемещение зонда и объекта происходит от центра к периферии.

6. Способ сканирования поверхности объекта по п.1, отличающийся тем, что взаимное перемещение зонда и объекта происходит от периферии к центру.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что взаимное перемещение зонда и объекта происходит с переменным расстоянием между витками.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что взаимное перемещение зонда и объекта происходит до обнаружения интересующего объекта, после чего производят изменение положения центра, вокруг которого продолжают перемещение.

Наноскопическая литография:

Делается маска химическими методами, а затем свет, проходя сквозь эту маску, создаёт действительную структуру чипа.

Данный метод применяется при исследовании полупроводниковых материалов.

Ведутся разработки и в параллельных областях науки, например, в квантовой физике. Так если для фотолитографии при процессе 0,35 мк использовались ртутные лазеры с длиной волны 0,365 мк, то в технологии 0,25 мк принимали участие лазеры на основе ультрафиолета хлорида криптона с длиной волны 0,248 мк. Сегодня эти показатели еще больше приблизились к показателям рентгеновского излучения.

Для техпроцессов следующего за 90-нм технологией поколения - 65 нм, 45 нм и 32 нм - возникает необходимость использования более совершенного литографического оборудования. Дело в том, что применяемые в настоящее время литографические аппараты, при переходе к более тонким технологическим нормам, вряд ли смогут обеспечить необходимую "жесткость" излучения и должный уровень разрешающей способности при формировании проекции маски-шаблона. Длина волн 248 нм или 193 нм, которые применяются в сканерах и стопперах для производства микросхем с уровнем детализации 90 нм, недостаточна для перехода к более тонким нормам. Более

Рис.8 Наноскопическая литография

тонкие структуры не могут быть исследованы лазерным лучом.

Сегодня все чаще обращают внимание на технологию импринт-литографии. В перспективе импринт-литография позволит применить наноскопическую печать на полимерах через маску масштаба 1:1 при использовании света в ультрафиолетовом диапазоне. Такие системы проецирования маски-шаблона значительно удешевят литографические системы, поскольку отпадает необходимость использования сложных и дорогих оптических систем, составляющих львиную долю современных литографических инструментов. В настоящее время для нанесения рисунка применяются маски масштаба 4:1, следовательно, для получения точной проекции рисунка маски требуется дорогостоящая оптика. Процесс нанесения рисунка на подложку до травления в импринт-литографии не зависит от качества применяемой оптики. Мономер, покрывающий поверхность кристалла, под действием ультрафиолетового излучения полимеризуется и застывает на поверхности. Он содержится в растворе и легко удаляется при необходимости, оставляя необходимый рисунок на поверхности подложки. При этом на формирование рисунка требуется всего несколько нанолитров вытравливающего реагента.

В 1997 году импринт-литографическую технологию, позволяющую создавать рельефы с шириной каналов 10 нм, уже демонстрировали исследователи из Принстонского университета. Основное преимущество импринт-литографии перед аналогами - низкая себестоимость производства микропроцессоров - подкрепляется тем, что производительность полупроводниковой линии может достигнуть небывалых показателей, ведь для нанесения одного слоя требуется всего 20-30 с. Таким образом, за час может быть обработано до 3000 пластин. Кроме того, импринт-литография откроет новые горизонты для молекулярной электроники, позволив печатать интегральные схемы с точностью до нескольких молекул мономера.

Перьевая нанолитография:

Резервуар атомов или молекул хранится на кончике сканирующего зонда, который передвигается по поверхности, оставляя за собой линии и узоры.

Точки, линии и буквы, выходящие из-под "пера" этой ручки, примерно в десять тысяч раз меньше тех, что создаются с помощью обычной шариковой или перьевой ручки. Но в отличие от "братьев по перу", данная ручка представляет собой атомный силовой микроскоп с чрезвычайно тонким наконечником из нитрида кремния. Когда такой микроскоп используется по прямому назначению, возникает следующая проблема: на наконечнике конденсируется влага из окружающего воздуха, что ухудшает качество измерения. В роли "чернил" выступает специальный серосодержащий химический состав, именуемый октадеканэтиолом. Варьируя уровень влажности в лаборатории, ученые задают размер водяной капельки, от которого зависит ширина вычерчиваемой линии: чем уже капелька, тем тоньше вычерчиваемая линия на рабочей поверхности.

Первый опыт был проведен на тонком золотом листе. Ширина линий составила всего несколько десятков молекул, а толщина - одну молекулу.

Такая технология называется "перьевой нанолитографией" . С её помощью можно создавать миниатюрные схемы. К примеру, на площади в один квадратный дюйм станет возможным прочертить до 1 млн. линий. Эксперты отмечают также относительную дешевизну устройства.

Литография наносферами:

Если шарики разместить настолько близко на плите, насколько это возможно, они сформируют плотную группу, и каждый шарик будет окружен шестью другими. Если данный массив окрасить распылением сверху, а затем убрать шарики с плиты, изображение будет выглядеть, как набор нарисованных треугольных

Рис.9 Литография наносферами

точек с вогнутыми краями. Он имеет несколько прекрасных особенностей: можно использовать несколько сортов плит (поверхностей) и красок (металлы, молекулы), кроме того, на треугольники можно накладывать несколько слоев красок (молекул).

Молекулярный синтез:

Создание специальных молекул для специальных приложений. Например, медикаментов и лекарств.

Рис. 10 Фотография нанообъекта, выполненного методом зодового сканирования

3. Свойства интеллектуального γ-рефрактивного материала.

Самосборка структуры

Все вышеперечисленные виды напоминают ручную работу. Эта работа требует большого количества времени и специального оборудования, потому что требуется манипулировать этими веществами, выстраивая их в нужную нам структуру.

В данном проекте предлагается использовать метод, с помощью которого молекулы вещества выстраивались в необходимую структуру самостоятельно. Такой метод называется самосборкой.

Самосборка - это процесс образования упорядоченной надмолекулярной структуры или среды, в которой практически в неизменном виде принимают участие только компоненты исходной структуры, «собирающие» результирующую сложную структуру.

Принцип самосборки состоит в том, что молекулы всегда стремятся перейти на самый нижний из доступных для них уровней. Если этого можно добиться, соединившись с другими молекулами, они соединятся. Если поможет переориентация их физических положений, молекулы переориентируются.

Одной из разновидностей самосборки является выращивание кристаллов. Кристаллы, сделанные из молекул, называются молекулярными. Кристаллы можно выращивать из раствора, используя кристаллы-зародыши, что включает помещение небольшого кристалла в место, где есть больше составляющих его материала, после чего этим компонентам разрешают имитировать схему маленького кристалла или зародыша. Разумно выбирая кристаллы-зародыши и условия роста, можно сделать так, чтобы кристаллы имели различные формы.

Противоречия с фундаментальным законом природы, т.е. со вторым законом термодинамики здесь нет, т.к. система в данном случае неизолированная, и на нанообъекты оказывается внешнее воздействие. И данное воздействие направлено не на конкретную частицу, а на все сразу. Т.е нет необходимости выстаивать требуемую структуру вручную, потому что создаваемые условия таковы, что нанообъекты делают это сами одновременно.

Как указывалось выше силы, задействованные в самосборке, это силы, определяемые взаимодействием зарядов, хотя они слабее сил, удерживающих молекулы вместе. Мультиполярные (аналогичные) взаимодействия возникают между структурами, каждая из которых не имеет полного заряда. Однако такие слабые мультиполярные взаимодействия достаточно сильны для того, чтобы создавать очень сложные структуры. Примером проявления таких сил являются электростатические и капиллярные взаимодействия, силы поверхностного натяжения, которые, в целом, стремятся уменьшить общую площадь поверхности наночастиц,

Рис.11 Образование наноструктуры методом самосборки

следовательно, их поверхностную энергию.

Уже сейчас есть попытка использовать наноструктуры для защиты поверхности от коррозии или предания ей специфических свойств.

В данном проекте предлагается два уровня самосборки. Вначале самосборка длинных сложных молекул даёт грибоподобную наноструктуру. Затем наноструктуры собираются в поверхностный слой, который делает стекло . Это также показывает, что очень сложные структуры можно сформировать, используя самосборку, разбив задачу на этапы.

Рис.12 Исходноая структура для последующей самосборки

Сама структура определяется внешними факторами. Таким образом, нанообъекты можно собрать в различные структуры, например в двумерные плотно упакованные слои, трёхмерные массивы или «малые» кластеры. Таким образом, можно создать любую структуру.

Строительным материалом для самосборки может являться любой атом из таблицы Менделеева, а также группы атомов. Как упоминалось раньше необходимо выбрать материал, который начнет самосборку под влиянием внешнего фактора – γ-излучения. Для этих целей перспективными являются полимеры. Они имеют огромные размеры. Их протяжённость может достигать миллионов атомов повторением одного элемента – мономера. Они содержат подвижные заряды. Большое значение процессы самосборки имеют для живой природы (рост кораллов, зубной эмали) и в неживой (снежинки).

Рис.13 схема роста реального кристалла[8]

Поиск по сайту: