Атомный нанолитограф

 

Полезная модель относится к прикладной науке и технике, и может быть использована, для создания элементов наноразмерных стандартов длины, изготовления функциональных элементов в электронике, оптоэлектронике, нанофотонике и оптических устройствах,. Атомный нанолитограф состоит из пульта управления, атомной пушки, маски, пленки с наноотверстием, подложки и сенсора. За счет того, что сенсор определяет расстояние между пленкой с наноотверстием и подложкой значительно повышается точность при создании на подложке наноструктур на контролируемом наноразмерном расстоянии друг от друга.

Полезная модель относится к прикладной пауке и технике, а именно к установкам для создания наноструктур (в том числе и гетероструктур) наноразмерного масштаба произвольной формы на поверхности, и может быть использована, в частности, для создания элементов наноразмерных стандартов длины, изготовления элементов в электронике, оптоэлектронике, нанофотонике, оптических устройствах.

Известны различные установки, позволяющие создавать наноразмерные структуры, основанные на следующих подходах нанолитографии:

- с использованием техники атомносиловой литографии (патент TW Тайвань);

- контролируемая лазером нанолитография (патент US 5360764, США);

- использование электрооптического эффекта (патент US 2004/0206896A1, США);

- использование наноразмерной оптики (патент US 7634162B2, США);

- использование нагретого острия (патент US 7439501 В2, США);

- атомно-интерференционная нанолитография (патент US 6891623B1, США);

- ультратонкая микрофабрикация с использованием энергичного пучка ионов (патент US 6007969, США);

Перечисленные установки позволяют создавать из различных атомов наноструктуры произвольной формы на поверхности и могут быть использованы для создания гетероструктур. Существенным недостатком известных установок является то, что для фокусировки атомов используются силы радиационного давления лазерного излучения на атом, что приводит к ограничениям на выбор типа атомов.

Этого недостатка лишена установка, позволяющая создавать наноструктуры произвольной формы на поверхности, основанная на хорошо известной в световой оптике идее «камеры обскура» (В.И.Балыкин, П.А.Борисов, B.C.Летохов и др. Атомная «камера-обскура» с панометровым разрешением // Письма в ЖЭТФ, 2006. Т.84. В.8. С.544-547), выбранная в качестве прототипа. Известная установка состоит из пульта управления, соединенного с атомной пушкой, маски, пленки и подложки. Известная установка работает следующим образом. Сигнал с пульта управления поступает на атомную пушку, из которой вылетает пучок атомов. Далее пучок атомов проходит через отверстия в маске, формируя по аналогии с оптикой «светящийся объект» заданной геометрии. Атомы, прошедшие через отверстия в маске, распространяясь по прямолинейным траекториям, проходят через наноотверстие в пленке и формируют «изображение светящегося объекта» на подложке. В итоге на подложке формируется наноструктура из атомов, размер которой меньше размера «светящегося объекта» на маске во столько раз, во сколько маска расположена дальше от пленки, чем подложка. Известная установка позволяет получать на поверхности подложки наноструктуры произвольной формы с характерным размером наноструктуры меньшим 50 нм и может быть использована для создания гетероструктур наноразмерного масштаба.

Основной недостаток известной установки заключается в недостаточной точности при создании на подложке наноструктур на контролируемом наноразмерном расстоянии друг от друга, что не позволяет использовать известную установку, например, для создания элементов наноразмерных стандартов длины.

Задачей полезной модели является повышение точности при создании на подложке наноструктур на контролируемом наноразмерном расстоянии друг от друга.

Поставленная задача решается атомным нанолитографом, который состоит из пульта управления, соединенного с атомной пушкой и сенсором, маски, установленной на микроподвижке, пленки, и подложки.

На фиг.1 представлена блок-схема заявляемого устройства.

Атомный панолитограф состоит из пульта управления (1), соединенного с атомной пушкой (2) и сенсором (3), маски (4), пленки (5) и подложки (6).

Достижение заявленного технического результата, а именно повышения точности при создании на подложке наноструктур на контролируемом наноразмерном расстоянии друг от друга, происходит за счет определения точного расстояния между маской и подложкой. Технически это достигается тем, что в атомный панолитограф введен сенсор, соединенный с пультом управления.

Атомный панолитограф работает следующим образом. Сигнал с пульта управления (1) поступает на атомную пушку (2), из которой в течение заданного времени вылетает пучок атомов. Далее пучок атомов проходит через набор отверстий в маске (4), формируя по аналогии с оптикой «светящийся объект» заданной геометрии. Атомы, прошедшие через отверстия в маске (4), распространяясь по прямолинейным траекториям, проходят через наноотверстие в пленке (5) и формируют «изображение светящегося объекта» на подложке (6). В итоге на подложке (6) формируется наноструктура из атомов, размер которой меньше размера «светящегося объекта» на маске (4) во столько раз, во сколько маска (4) расположена дальше от пленки (5), чем подложка (6). Одновременно сигнал с пульта управления (1) поступает на сенсор (3), который с наноразмерной точностью определяет расстояние от пленки (5) до подложки (6). Таким образом, зная расстояние F между характерными отверстиями в маске (4) и расстояние L между маской (4) и пленкой (5), и измеренное сенсором расстояние Х от пленки (5) до подложки (6), легко определить характерное расстояние в созданной на подложке (6) наноструктуре f=FXl/L. Расстояния L и X могут быть измерены с большой точностью различными способами без использования наноразмерной микроскопии.

В отличие от прототипа, в данном случае расстояние между маской и подложкой определяются с большой точностью с помощью сенсора без использования, наноразмерной микроскопии. Это позволяет повысить точность при создании на подложке наноструктур на контролируемом наноразмериом расстоянии друг от друга.

Конкретное аппаратурное оформление заявляемой установки, а именно, пульт управления, атомная пушка, маска и подложка являются стандартными и их характеристики зависят от поставленной задачи и требуемой точности. В качестве пленки может быть использована ультратонкая мембрана оксида кремния (толщиной 40 им) с наноотверстиями диаметром от 1 нм до 100 им созданных остросфокусированным пучком ионов галлия (Melentiev P.N., Zablotskiy A.V., Lapshin D.A., Sheshin E.P., Baturin A.S., Balykin V.I., Nanolithography based on an atom pinhole camera // Nanotechnology 2009, Vol.20, P.235301). Подложка может быть изготовлена из стекла с необходимой шероховатостью поверхности, а маска - из металлической фольги. В качестве сенсора может быть использован, например, интерферометрический USB сенсор FPS 3010, предназначенный для измерения расстояний с пикометровым разрешением. Сенсор имеет компактный размер, совместим с высоковакуумным оборудованием, и позволяет измерять стандартным образом расстояние между пленкой и подложкой в диапазоне 1-100 мкм с точностью 0.03 нм (http://www.attocube.com/).

Авторами был создан и испытан в лабораторных условиях вариант заявляемого атомного нанолитографа. Использовалась атомная пушка на основе эффузионной ячейки (MBE-Komponenten GmbH, Германия, ). В качестве пленки была использована ультратонкая мембрана оксида кремния толщиной 40 нм, в которой с помощью остросфокусированного пучка ионов галлия было выполнено наноотверстие диаметром 50 нм. Подложка была изготовлена из стекла с шероховатостью поверхности не хуже 1 нм. Маска с набором отверстий, задающих форму создаваемых наноструктур, изготавливалась из танталовой фольги толщиной 50 мкм и устанавливалась на расстоянии 18 мм от пленки. Подложка устанавливалась на расстоянии около 4 мкм от пленки. В такой геометрии на подложке создавалось уменьшенное в 4500 раз изображение напыленных на поверхность атомов. В качестве сенсора использовался интерферометрический сенсор на основе перестраиваемого диодного лазера ECDL 783R (диапазоне длин волн 700 нм - 900 нм). Для определения с помощью сенсора расстояния между подложкой и пленкой на поверхности пленки и подложки предварительно было нанесено золотое покрытие. Коэффициент отражения покрытия на пленке составил около 94%, а на подложке - около 94%. В результате два золотых покрытия на пленке и подложке образуют известный эталон типа Фабри-Перо. Сканированием частоты лазера определяется добротность эталона и диапазон свободной дисперсии, что позволяет по найденным значениям определить стандартным образом расстояние между двумя золотыми покрытиями, а значит и расстояние между пленкой и подложкой.

С помощью сконструированного атомного нанолитографа был создан первичный эталон длины. Для этого использовалась маска с набором параллельных отверстий в виде прямоугольных отрезков, похожих на штрихи линейки, расположенных на расстоянии 50 мкм друг от друга. Измеренное с помощью сенсора расстояние от пленки до подложки составило 4.08±0.1 мкм. В созданной на подложке наноструктуре расстояние между штрихами нанолинейки составило значение 180 нм±0.5 нм, при этом ширина одного штриха нанолинейки составила 50 нм±0.5 нм. Т.е. в данном случае была достигнута расчетная точность около 0.5 нм, что почти на два порядка лучше, чем в прототипе.

Таким образом, созданный атомный нанолитограф, позволил достичь заявленного технического результата, а именно повысить точность при создании на подложке наноструктур на контролируемом наноразмерном расстоянии друг от друга.

Атомный нанолитограф, состоящий из пульта управления, соединенного с атомной пушкой, маски, пленки и подложки, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен сенсором, соединенным с пультом управления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидроакустической антенной технике и может быть использовано при конструировании гидроакустических систем

Изобретение относится к цифровым фотоаппаратам
Наверх