Nanolitograafia

Allikas: Vikipeedia

Nanolitograafia on nanotehnoloogia haru, mis tegeleb nanoelektroonika komponentide valmistamisega, mida kasutatakse mikroprotsessorites, mäludes, rakendusotstarbelistes mikroskeemides (integrated circuit). Tänu litograafia tehnoloogiate arengule on pooljuhtide tööstust saatnud edu, mida kinnitab ka Moore'i seadus. Üldiselt on nanostruktuursete pindade valmistamiseks kaks lähenemisviisi: ülevalt-alla (top-down) ja alt-üles meetod (bottom-up), kuid kasutatakse ka tehnoloogiaid, mis kombineerivad neid.

Ülevalt-alla meetodid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ülevalt-alla meetodid on enim kasutatud pooljuhtide uurimustes ja tööstustes.

Fotolitograafia tööpõhimõtte skeem

Fotolitograafia[muuda | redigeeri lähteteksti]

Fotolitograafia ehk optiline litograafia on olnud valdavaks tehnikaks mikroskeemide litografeerimisel. Kasutatakse väga madalaid lainepikkusi (193 nm). Meetodi tööpõhimõte on järgmine:

Alus ehk substraat kaetakse kilega (1). Kile peale kantakse fotoresisti kiht, mis muutub UV-kiirguse mõjul lahustuvaks (positiivne fotoresist) või lahustumatuks (negatiivne fotoresist) spetsiaalses kemikaalis (2). Siis eksponeeritakse eelnevalt sadestatud kilet UV-valgusega läbi fotomaski, millel on kujutis vastavalt soovitud elemendile integraalskeemis (3). Seejärel eemaldatakse eksponeeritud resist (4) ning söövitatakse kile samast kohast (5). Näiteks SiO2 kile korral saab seda söövitada HF-ga. Viimase etapina eemaldatakse fotoresist (6), näiteks H2SO4 abil.

Elektronkiirlitograafia[muuda | redigeeri lähteteksti]

Elektronide voog kiirendatakase substraadile ning seda liigutatakse elektri- ja magnetvälja abil vastavalt soovitud elemendi kujule. Elektronide doos ja kiire energia on täpselt kontrollitavad. Elektronkiirega saab „joonistada“ elemente nii otse kui ka läbi maski.

Klassikaline DPN mehhanism: Molekulaar "tint" difundeerub teravikult pinnale läbi veemeniski

Skaneeriva kiire litograafia[muuda | redigeeri lähteteksti]

Siia alla kuuluvad meetodid, mis kasutavad skeemi „joonistamiseks“ teravikku, mida liigutatakse mehaaniliselt mööda pinda. Skaneeriva kiire litograafia võib jaotada kaheks: keemiline ja füüsikaline pinna modifitseerimine. Esimese meetodi puhul rakendatakse lokaalse oksüdatsiooni protsesse. Teise meetodi korral moodustub soovitud struktuur materjali füüsikalise liigutamisega substraadil.

Teravik nanolitograafia (Dip-pen nanolithography, DPN), mis on füüsikaline skaneeriva kiire litograafia meetod, kasutab AFM’i teravikku, et materjali pinnale kanda. See materjal võib olla kas teraviku enda koostisosa (näiteks Au), mida mõjutatakse jõu või vooluga, või füüsikaliselt adsorbeeritud materjal. Teravikult substraadile kantakse materjal kapillaarjõudude abil. [1]

Teisi ülevalt-alla meetodiga litograafia tehnoloogiaid[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Sügava UV-kiirguse litograafia (Extreme ultraviolet lithography)
  • Röntgenlitograafia (X-ray lithography)
  • Magnetlitograafia (Magnetolithography)
  • Kontaktlitograafia (Contact lithography)
  • Pehme litograafia (Soft lithography)

Alt-üles meetodid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Alt-üles meetodid on arendanud (bio)keemikud ning need on seotud molekulaarse iseorganiseerumisega (molecular self-assembly). Iseorganiseerumise meetodid võib jaotada kaheks: 1) kahjumlik protsess (sacrificial process), kus iseorganiseeruvad nanokomponendid eemaldatakse ja nad ei osale aktiivselt nanostruktuuride moodustumisel, 2) aktiivne protsess, kus iseorganiseeruvad nanokomponendid on mikroskeemide osana. Mõlemal juhul, organiseerumise põhjustavad mitmed intermolekulaarsed jõud (vesinikside, van der Waals’i jõud, hüdrofoobsed/hüdrofiilsed ja π-π vastastikmõjud), millede eesmärgiks on minimaliseerida termilist ja kineetilist energiat, mille tulemusena moodustub muster. [2]

Näiteks kasutatakse nanostruktuuride organiseerumiseks nukleiinhappeid, kuna neil on etteennustatav iseorganiseerumise mudel ja nende dimensioonid on hästi teada ning neid saab funktsionaliseerida. DNA origami tehnoloogia seisneb pika (100 nm) ühekiulise DNA voltimisel juhuslikuks tasapinnaliseks nanovormiks.[3]

Kombineeritud meetodid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kombineeritud meetod kasutab nii ülevalt-alla kui ka alt-üles meetodeid. Chung et al.[4] on kombineerinud DPN-i ja DNA-suunatud iseorganiseerumist, kus nanoskaalas elektroodiliited on selektiivselt funktsionaliseeritud spetsiifilise oligonukleotiidi järjestusega kasutades DPN-i. Need järjestused suunavad elektriskeemi iseorganiseerumist, mis sisaldavad 20 nm ja 30 nm diameetriga DNA-ga modifitseerituid nanoosakesi. Selle tulemusena moodustuvad liited, mis on ühendatud üksiku nanoosakesega.

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. http://www.schubert-group.de/publications/PDF/Papers/Wouters2004_2.pdf
  2. K. Galatis et al., „Patterning and templating for Nanoelectronics“, Adv. Mater. 22 (2010) 769-778.
  3. http://www.dna.caltech.edu/Papers/DNAorigami-nature.pdf
  4. Chung et al. „Top-Down Meets Bottom-Up: Dip-Pen Nanolithography and DNA-Directed Assembly of Nanoscale Electrical Circuits“, Small 1 (2005) 64–69.