• Arhiiv
    • Eesti füüsikapäevad ja füüsikaõpetajate päevad
      • 2017.a. füüsikapäevad
      • 2016.a. füüsikapäevad
      • 2015. a. füüsikapäevad
      • 2003.a. füüsikaõpetajate päev
    • EFS Täppisteaduste Suve- ja Sügiskoolid
      • 2017.a. sügiskool
      • 2016.a. sügiskool
      • 2015.a. sügiskool
      • 2014.a. sügiskool
      • 2013.a. suvekool
      • 2013.a. sügiskool
      • 2012.a. suvekool
      • 2012.a. sügiskool
      • 2011. a. suvekool
      • 2010. a. suvekool
      • 2010.a. sügiskool
      • 2009.a. sügiskool
      • 2008.a. suvekool
      • 2008.a. sügiskool
      • 2007. a. suvekool
      • 2007.a. sügiskool
      • 2006.a. suvekool
      • 2005.a. suvekool
      • 2005.a. sügiskool
      • 2004.a. suvekool
      • 2004.a. sügiskool
    • Füüsika õpetajate sügisseminarid Voorel
      • Voore 2017
      • Voore 2015
      • Voore 2011
      • Voore 2009
    • EFS aastaraamatud
    • Teaduslaagrid
    • Akadeemiline füüsikaolümpiaad
    • Tähe perepäevad TÄPE

FYYSIKA.EE

Elu, loodus, teadus ja tehnoloogia

  • Eestist endast
    • Arvamus
    • Teated
    • Persoon
    • Eesti füüsikaolümpiaadid
  • Teadusuudised
    • Eesti teadusuudised
      • Tartu Ülikool
      • KBFI
      • Tallinna Tehnikaülikool
      • Tõravere Observatoorium
    • FYYSIKA.EE hoiab silma peal – Teemad
    • Referaadinurgake
    • Päevapilt
  • Eesti Füüsika Selts
    • Teadusbuss
    • Füüsika, keemia ja bioloogia õpikojad
    • Füüsika e-õpikud
    • Eesti Füüsika Seltsi põhikiri
  • Füüsikaõpetajate osakond
    • Füüsikaõpetajate võrgustik
  • Füüsikaüliõpilaste Selts
  • Kontakt

Nanolitograafia

22.02.2012 by Stiina Kristal Leave a Comment

Nanolitograafia on nanotehnoloogia haru, mis tegeleb nanoelektroonika komponentide valmistamisega. Selliseid komponente kasutatakse mikroprotsessorites, mäludes, rakendusotstarbelistes mikroskeemides (integrated circuits). Tänu litograafia tehnoloogiate arengule on pooljuhttööstust 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 kahte meetodit kombineerivaid tehnoloogiaid.

Ülevalt-alla meetodid

Ülevalt-alla meetodid on enim kasutuses pooljuhtide uurimustes ja tööstuses.

Fotolitograafia

Fotolitograafia ehk optiline litograafia on olnud mikroskeemide litografeerimisel valdavaks tehnikaks. Selles 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 valgustatakse eelnevalt sadestatud kilet UV-valgusega läbi maski, mis on  soovitud integraalskeemi elemendi kujuline (3). Seejärel eemaldatakse eksponeeritud resist (4) ning söövitatakse kilet samast kohast (5). Näiteks SiO2 kile korral saab seda söövitada HF-ga. Viimase etapina eemaldatakse fotoresist (6), näiteks H2SO4 abil.

Elektronkiirlitograafia

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.

Skaneeriva kiire litograafia

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 materjali pinnale kandmiseks AFM’i teravikku. See materjal võib olla kas teraviku enda koostisosa (näiteks Au), mida mõjutatakse jõu või vooluga, või füüsikaliselt adsorbeeritud materjal. Materjal kantakse teravikult substraadile materjal kapillaarjõudude abil. [1]

Teisi ülevalt-alla meetodiga litograafia tehnoloogiaid:

Sügava UV-kiirguse litograafia (Extreme ultraviolet lithography)

Röntgenlitograafia (X-ray lithography)

Magnetlitograafia (Magnetolithography)

Kontaktlitograafia (Contact lithography)

Pehme litograafia (Soft lithography)

Alt-üles meetodid

Alt-üles meetodid on väljaarendanud (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 need ei osale aktiivselt nanostruktuuride moodustumisel; 2) aktiivne protsess, kus iseorganiseeruvad nanokomponendid on mikroskeemide osaks. Mõlemal juhul põhjustavad organiseerumise mitmed molekulisisesed jõud (vesinikside, van der Waals’i jõud, hüdrofoobsed/hüdrofiilsed ja π-π vastastikmõjud), millede eesmärgiks on minimeerida soojuslikku ja kineetilist energiat, mille tulemusena moodustub muster. [2]

Nanostruktuuride organiseerumiseks kasutatakse näiteks nukleiinhappeid, kuna neil on etteennustatav iseorganiseerumise mudel ja nende dimensioonid on hästi teada. Lisaks on neid lihtne funktsionaliseerida.

DNA-origami tehnoloogia seisneb pika (100nm) ühekiulise DNA molekuli voltimisel juhuslikuks 2D nanovormiks. [3]

Kombineeritud meetodid

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 eletktroodiliited on DPN-i abil spetsiifilise oligonukleotiidi järjestusega valikuliselt funktsionaliseeritud. Need järjestused suunavad elektriskeemi iseorganiseerumist, mis sisaldavad 20 nm ja 30 nm diameetriga DNA-ga modifitseeritud nanoosakesi. Selle tulemusena moodustuvad liited, mis on ühendatud üksiku nanoosakesega.

Viited

[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.

Autor: T. Kangur

Filed Under: Referaadinurgake Tagged With: nanotehnoloogia

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Copyright © 2025 · Eesti Füüsika Selts · Log in