אינטל מימנה את העבודה הזאת דרך מספר מענק 414,305, ויוזמת ננוטכנולוגיה מיקרוטכנולוגיה אורגון (אונמי) העמידה משאבים תואמים. אנו בתודה להכיר תמיכה וייעוץ של ד&quot;ר ג&#39;יימס בלקוול בכל שלבי העבודה הזאת. תודה מיוחדת הדרים Beasau וצ&#39;לסי בנדיקטוס לניתוח נתונים סטטיסטיים מיצוב חלקיקים. אנו מודים פרופ &#39;הול עבור קריאה זהירה של כתב היד וד&quot;ר קורט Langworthy, באוניברסיטת אורגון, יוג&#39;ין, OR, על עזרתו עם ליתוגרפיה E-הקורה.

1. Derivatize ולאפיין את פני השטח של פרוסות סיליקון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקו את המשטח של פרוסות באמצעות רדיו Corporation of America SC1 פתרונות ניקוי (RCA) ו SC2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן SC1 ו SC2 ידי volumetrically ערבוב הכימיקלים הבאים: SC1: H 2 O 2: NH 4 OH: H 2 O = 1: 1: 5 V / V ו SC2: H 2 O 2: HCl: H 2 O = 1: 1: 5 V / V. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את פרוסות סיליקון ב SC1 במשך 10 דקות ב 70 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן לבצע שטיפה במים ללא יונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עקוב פרוטוקול דומה SC2 (10 דקות ב 70 מעלות צלזיוס, ואחריו לשטוף). הערה: תהליך הניקוי מסיר זיהומים אורגניים יוניים ומייצר קבוצות silanol על משטח תחמוצת סיליקון של פרוסות סיליקון. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Derivatize משטחים של פרוסות סיליקון עם AATMS <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגירה פרוסות סיליקון לנקות 0.05 M AATMS (שהוכנו דטולואן ר&quot;י) על 80 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות. Sonicate במשך 5 דקות בתוך sonicator W 100 בטמפרטורת חדר טולואן טהור למשך 5 דקות ויבשות זרם של גז חנקן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפיין את פני השטח של פרוסות סיליקון derivatized <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את זווית המגע באמצעות תוכנת goniometer ו ImageJ 25. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבע את עובי של סרטים באמצעות ellipsometer (מקור אור לייזר הוא Ne-, λ = 632.8 nm, זווית שכיחות קבוע של 70 °) 25. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעריך את הרכב פני השטח היסודות על ידי ספקטרוסקופיה photoelectron רנטגן (XPS) 25. </li></ol></li></ol> E-קרן 2. דפוסים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין-מעיל photoresist (2% פולי (methacrylate מתיל (PMMA) ב anisole) על פרוסות derivatized AATMS- ב 4000 סל&quot;ד במשך 60 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Prebake הסרט ב 180 מעלות צלזיוס למשך 120 שניות לייבוש פילם photoresist. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את עובי הסרט photoresistבאמצעות ellipsometer. ודא שמקור אור לייזר הוא Ne-, λ = 632.8 nm, הוא קבוע בזווית שכיחות של 70 מעלות. מטב את הבמה מדגם על מנת למקסם את אות הגלאי באמצעות משטח רפלקטיבי כגון פרוסות סיליקון. השתמש בתוכנית המדידה ellipsometer (GEMP) במחשב המחובר למדוד את עובי הסרט photoresist; זה צריך להיות בערך 100 ננומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> E-קרן חשיפה: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעבירים את רקיק בתא ואקום גבוה של aligner E-הקורה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור דפוס חור נקודה פוקר באמצעות קרן אלקטרונים (30 kV מתח מאיץ, 37 הנוכחי קרן PA) עובר דרך פתח של 10 מיקרומטר ומתן במינון 24 μC / ס&quot;מ 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את התבנית המגרש ואת המינון לפי הצורך לייצר פוקר נקודה מסוג חור-דפוס של חור בקוטר הרצוי (80 ננומטר) ועל המגרש (200 ננומטר). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את רקיק מהאולם E-הקורה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפתח את דפוס ליטוגרפי: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחלפיתוח דפוס בתמיסה של קטון isobutyl מתיל / אלכוהול איזופרופיל (MIBK / IPA, 1: 3 (v: v)) במשך 70 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להמשיך ולפתח עוד יותר על ידי טבילת IPA למשך 30 שניות. להשלמת הפיתוח על ידי שטיפה במים deionized למשך 30 שניות. לייבש את פרוסות סיליקון בזרם של גז חנקן. </li></ol></li></ol> הפקדת 3. GNPs לתוך חורים בדוגמת E-קרן הערה: הפקדה של GNPs בחורים בדוגמת מעסיקה שתי שיטות שונות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול ופלים טרום בדוגמת בפתרונות התל&quot;ג (שיטה 1). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השאר המדגם במדיום השעית התל&quot;ג במשך 24-48 שעות, תלוי בגודל של התל&quot;ג ואת בקטרים ​​של החורים. השתמש השעיה של 20 ננומטר, ציטרט הכתיר תל&quot;ג המכילה 7.0 x 10 11 צירופים / מיליליטר. הערה: אפשר להעסיק גודל תל&quot;ג מ 10-100 ננומטר ומגוון ריכוז מ -5.7 x 10 12 - 5.7 x 10 9 צירופים / מיליליטר, כפי שנמסר על ידי טד פלה. ראוי לציין, כי הצפיפות בתצהיר מצייתתהחוק דיפוזיה ̴ (DT) 1/2, כאשר D ו- T הם מקדמי דיפוזיה של זמן nanoparticle בתצהיר, בהתאמה (כלומר, חלקיקים קטנים להימשך זמן קצר לצורך מתן עדות, כפי שפורט התייחסות 20, איור 2 ג). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> GNPs ריסוס-הפקדה על ופלים בדוגמת (שיטה 2) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפקיד GNPs ידי אידוי, לרסס פתרון של GNPs על גבי המצע בדוגמת, בצורה אופקית. אוריינט המרסס הידני (השיטה 2), כך ספריי מופנים בניצב למשטח המצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תרסיס נפח מספיק של פתרון ההשעיה להרטיב את פני מצע כולו. הערה: ייתכן שיהיה צורך לדלל את ההשעיה התל&quot;ג ידי 10x להימנע מכריח חלקיקים מרובים לתוך חור גדול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגירת דגימות על פלטה חשמלית נשמרה C 30-35 מעלות לייצר אידוי מבוקר למשך 10 דקות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר בתצהיר (או על ידי שיטה1 או שיטה 2), במתינות ultrasonicate (100 W) דגימות מים ללא יונים עבור 50 s ויבש זרם של גז חנקן. </li></ol> 4. הדמיה במיקרוסקופ אלקטרונים סורק הערה: ישנם שני סוגים של המחקרים כללו מלמעלה למטה קונבנציונאלי חתך הדמיה SEM. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקבלת תמונות SEM מלמעלה למטה, להשתמש E-קרן מאיץ מתח של 5 קילו וולט בזרם של ~ 300 מיקרו-אמפר כדי למנוע נזק הסרט photoresist. זהירות: מתח האפשר הגדרה נוכחית הנמוך ביותר הנדרשת להפחתת תגובות scission שרשרת photoresist. תגובות scission שרשרת אלה מפחיתות את טמפרטורת מעבר זכוכית של הפולימר, אשר בתורו משפיע על הטמפרטורה המבצעית עבור שלב ההזרמה מחדש להתנגד כמתואר להלן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הדמית חתך: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גמגום מעיל 10 ננומטר של הסרט זהב עבה על photoresist PMMA כדי למנוע נזק הקורה-יון. השתמש אלומת יונים ממוקדת Ga פעלו 30 ק ו -93הרשות לחתוך דרך החורים. להשיג תמונות SEM חתך ידי הטיית אפיפית במצב אופקי הרגיל שלו. </li></ol></li></ol> 5. הזרמה מחדש של photoresist PMMA סביב GNPs בתוך החורים Patterned <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים את המצעים בדוגמת על צלחת חמה ב הזרמה מחדש T (100 מעלות צלזיוס) במשך 3 דקות, שהוא מתחת לטמפרטורת מעבר זכוכית שנקבעה מראש, גרם T (110 מעלות צלזיוס), של 950,000 g / mol PMMA; שיעור הזרמה מחדש עבור הפולימר היה 1.7 ± 0.1 nm / s. זהירות: הזרמה מחדש מהר יותר באופן משמעותי התרחש על האזורים בדוגמת שנחשפו בעבר הדמיה E-הקורה במהלך עם מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM), אולי בגלל המחשוף של שרשרת עמוד השדרה פולימריים במהלך החשיפה אלומת אלקטרונים, שמוביל הפחתה של g T. תצפית זו נתמכת על ידי המחקרים מן Keymeulen ועמיתים לעבודה, אשר ציינו כי חשיפה לקרינת רנטגן הפחיתה את Tגרם של PMMA 26. </li></ol> 6. תחריטים-לחרוט רטוב <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יבש-לחרוט על זמן מספק (55 שניות) עם פלזמה חמצן לחשוף GNPs מכוסה שכבה דקה של PMMA לאחר הזרמה מחדש. בזהירות לפקח על שיעור של תחריט הסרט PMMA כפונקציה של הזמן באמצעות ellipsometer או צג עובי סרט דק. הערה: משך תחריט קצר מדי לא יכול לחשוף את GNPs, תוך תחריט במשך זמן רב מדי היה להסיר לחלוטין את סרט PMMA. עבור 950 kDa PMMA, שיעור לחרוט היה של 1.5 ננומטר /, דבר המחייב 55 של זמן תחריט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> GNPs Wet-לחרוט בתחתית החורים קשר לאחר הזרמה מחדש באמצעות פתרון של יוד, המכיל 1.0 גרם של קריסטל יוד (I 2), 4.0 גרם של אשלגן יודיד (KI), ו -40 מ&quot;ל מים ללא יונים, במשך 10 דקות. הערה: אשלגן יודיד משפר את המסיסות של יוד בתמיסה ומקל תחריט זהב. התגובה של זהב עם יוד (2Au + I 2 → 2 AUI) מייצרת זהביודיד, אשר מסיסה מעט בתמיסה מימית בטמפרטורת החדר. </li></ol> 7. חישוב חלקיקי תזוזה, הצפיפות, שברים מלאים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> איתור במרכז החור ועקירת תל&quot;ג: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ביד, לצייר אופקיים ואנכיים ביותר בכושר בקווים ישרים דרך שורות ועמודות של חורים, בהתאמה, למרכזי חור הוקמה בצמתים שורות אלה (איור 2 א ו -2 ב). לכלול לפחות 500 + חורים בחישובים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ידני לקבוע את המיקום, r, של כל היחסי nanoparticle למרכז של nanohole (כלומר, תזוזה) שבו הופקד (איור 2b). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדעת את כמות החלקיקים לעומת היסטוגרמות תזוזה באמצעות תוכנית גיליון אלקטרוני רגיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישוב צפיפות החלקיקים: ρ = N (מספר החלקיקים) / Area היחידה (מיקרומטר 2): <ol&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> ראשית, לקבוע את האזור הטבעתי של טבעת עם רוחב קבוע (≈R / 10, כאשר R הוא הרדיוס של החור) ומוגבל על ידי שני רדיוסים (r 1, r 2) בכל תזוזה של r (= (r 1 + r 2) / 2); <img alt="משוואה 2" src="/files/ftp_upload/54551/eq2.jpg" /> . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לסכם את מספר החלקיקים, N, באזור מן היסטוגרמה נבנתה בשלב 7.2 לעיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על התהליך כפונקציה של r לייצר כ -10 צעדים שווים סיום ב r = R, רדיוס החור. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את צפיפות החלקיקים מול נתוני העקירה עקומה גאוס באמצעות 20 קוי לפחות ריבועי הליך (איור 2 א, הבלעה). חלץ את סטיית ההתקן של (בתצהיר σ) עקירה להפקדה וחוסר הוודאות ההולמת שלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על האמור לעילנוהל דפוסי SEM שהושג לאחר הזרמה מחדש photoresist באמצעות תמונה SEM שמוצג איור 2 ג. הערה: לאחר חורי ההזרמה מחדש להיעלם, לצייר ביותר בכושר קווים אופקיים ואנכיים על עמדות תל&quot;ג כדי לקבוע את הערכים-ההתאמה הטובה ביותר עבור מרכזי החור. חשב את התקות חלקיק כמו בשלב 7.1 ולחלץ את הסיכום המשולב σ בעקבות פרוטוקול המותווה צעדים 7.2-7.4. הערה: כאן, משולב או הכוללים מתייחס התזוזה הכוללת של תל&quot;ג בשל בתצהיר וצעדי הזרמה מחדש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקבוע את החלק היחסי המילוי על ידי אומדן היחס בין מספר חורים מלאים עד המספר הכולל של חורים, איור 2b. </li></ol>

<ol>
	<li>Moore, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cramming+more+components+onto+integrated+circuits.">Cramming more components onto integrated circuits.</a> Electronics. 38 (8), 114 (1965).</li><li>Moore, G. E., Allen, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lithography+and+the+future+of+Moore's+law.">Lithography and the future of Moore's law.</a> SPIE Proc.: Advances in Resist Technology and Processing XII. 2438, 2-17 (1995).</li><li>Rayleigh, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+theory+of+optical+images,+with+special+reference+to+the+microscope.">On the theory of optical images, with special reference to the microscope.</a> The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and J. Sci. 42 (255), 167-195 (1896).</li><li>Levenson, M. D., Viswanathan, N. S., Simpson, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+resolution+in+photolithography+with+a+phase-shifting+mask.">Improving resolution in photolithography with a phase-shifting mask.</a> IEEE Trans. Electron Devices. 29 (12), 1828-1836 (1982).</li><li>French, R. H., Tran, H. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immersion+Lithography:+Photomask+and+Wafer-Level+Materials.">Immersion Lithography: Photomask and Wafer-Level Materials.</a> Annu. Rev. Mater. Res. 39 (1), 93-126 (2009).</li><li>Borodovsky, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complementary+Lithography+at+Insertion+and+Beyond.">Complementary Lithography at Insertion and Beyond.</a> , (2012).</li><li>Reiser, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Photoreactive Polymers: the Science and Technology of Resists. , (1989).</li><li>Brunner, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Why+optical+lithography+will+live+forever.">Why optical lithography will live forever.</a> J. of Vac. Sci. &amp; Technol. B: Microelectronics and Nanometer Structures. 21 (6), 2632-2637 (2003).</li><li>Tran, H., Jackson, E., Eldo, J., Kanjolia, R., Rananavare, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photochemical+reactivity+of+bis-carbamate+photobase+generators.">Photochemical reactivity of bis-carbamate photobase generators.</a> , 1683-1688 (2011).</li><li>Hallett-Tapley, G. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+component+photoacid/photobase+generators:+potential+applications+in+double+patterning+photolithography.">Single component photoacid/photobase generators: potential applications in double patterning photolithography.</a> J. Mater. Chem. C. 1 (15), 2657-2665 (2013).</li><li>Krysak, M., De Silva, A., Sha, J., Lee, J. K., Ober, C. K., Henderson, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+glass+resists+for+next-generation+lithography.">Molecular glass resists for next-generation lithography.</a> Proc. SPIE: Advances in Resist Materials and Processing Technology XXVI. 7273, 72732N (2009).</li><li>Li, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bottom-up+assembly+of+large-area+nanowire+resonator+arrays.">Bottom-up assembly of large-area nanowire resonator arrays.</a> Nat Nano. 3 (2), 88-92 (2008).</li><li>Thiruvengadathan, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomaterial+processing+using+self-assembly-bottom-up+chemical+and+biological+approaches.">Nanomaterial processing using self-assembly-bottom-up chemical and biological approaches.</a> Rep. Prog. Phys. 76 (6), 066501 (2013).</li><li>Tsai, H. Y., Zhang, Y., Oehrlein, G. S., Lin, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pattern+transfer+of+directed+self-assembly+(DSA)+patterns+for+CMOS+device+applications.">Pattern transfer of directed self-assembly (DSA) patterns for CMOS device applications.</a> Proc.SPIE Advanced Etch Technology for Nanopatterning II. 8865, 86850L-86850L (2013).</li><li>Hawker, C. J., Russell, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Block+Copolymer+Lithography:+Merging+&amp;#34;Bottom-Up&amp;#34;+with+&amp;#34;Top-Down&amp;#34;+Processes.">Block Copolymer Lithography: Merging &amp;#34;Bottom-Up&amp;#34; with &amp;#34;Top-Down&amp;#34; Processes.</a> MRS Bulletin. 30 (12), 952-966 (2005).</li><li>Lin, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-directed+self-assembly+of+nanoparticle/copolymer+mixtures.">Self-directed self-assembly of nanoparticle/copolymer mixtures.</a> Nature. 434 (7029), 55-59 (2005).</li><li>Cheng, J. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+and+Versatile+Methods+To+Integrate+Directed+Self-Assembly+with+Optical+Lithography+Using+a+Polarity-Switched+Photoresist.">Simple and Versatile Methods To Integrate Directed Self-Assembly with Optical Lithography Using a Polarity-Switched Photoresist.</a> ACS Nano. 4 (8), 4815-4823 (2010).</li><li>Wong, H. S. P., Bencher, C., Yi, H., Bao, X. Y., Chang, L. W., Tong, W. .. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Block+copolymer+directed+self-assembly+enables+sublithographic+patterning+for+device+fabrication.">Block copolymer directed self-assembly enables sublithographic patterning for device fabrication.</a> Proc. SPIE. 8323, Alternative Lithographic Technologies IV, (2012).</li><li>Chan, J. C., Hannah-Moore, N., Rananavare, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+Deposition+of+Tin+Oxide+and+Silver+Nanoparticles+Using+Microcontact+Printing.">Controlled Deposition of Tin Oxide and Silver Nanoparticles Using Microcontact Printing.</a> Crystals. 5 (1), 116-142 (2015).</li><li>Morakinyo, M. K., Rananavare, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reducing+the+effects+of+shot+noise+using+nanoparticles.">Reducing the effects of shot noise using nanoparticles.</a> J. Mater. Chem. C. 3 (5), 955-959 (2015).</li><li>Cui, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integration+of+Colloidal+Nanocrystals+into+Lithographically+Patterned+Devices.">Integration of Colloidal Nanocrystals into Lithographically Patterned Devices.</a> Nano Lett. 4 (6), 1093-1098 (2004).</li><li>Huang, H. W., Bhadrachalam, P., Ray, V., Koh, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-particle+placement+via+self-limiting+electrostatic+gating.">Single-particle placement via self-limiting electrostatic gating.</a> Appl. Phys. Lett. 93 (7), 073110-073113 (2008).</li><li>Ma, L. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrostatic+Funneling+for+Precise+Nanoparticle+Placement:+A+Route+to+Wafer-Scale+Integration.">Electrostatic Funneling for Precise Nanoparticle Placement: A Route to Wafer-Scale Integration.</a> Nano Lett. 7 (2), 439-445 (2007).</li><li>Richard Bowen, W., Filippov, A. N., Sharif, A. O., Starov, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+of+the+interaction+between+a+charged+particle+and+a+pore+in+a+charged+membrane+surface.">A model of the interaction between a charged particle and a pore in a charged membrane surface.</a> Adv. Colloid Interface Sci. 81 (1), 35-72 (1999).</li><li>Morakinyo, M. K., Rananavare, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positional+control+over+nanoparticle+deposition+into+nanoholes.">Positional control over nanoparticle deposition into nanoholes.</a> , 1677-1682 (2011).</li><li>Keymeulen, H. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+x-ray+dose-dependent+glass+transition+temperature+of+structured+polymer+films+by+x-ray+diffraction.">Measurement of the x-ray dose-dependent glass transition temperature of structured polymer films by x-ray diffraction.</a> J. Appl. Phys. 102 (1), 013528 (2007).</li><li>Feng, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resist+Reflow+Method+for+Making+Submicron+Patterned+Resist+Masks.">Resist Reflow Method for Making Submicron Patterned Resist Masks.</a> US patent A. , (1977).</li><li>You, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Position+Shift+Analysis+in+Resist+Reflow+Process+for+Sub-50+nm+Contact+Hole.">Position Shift Analysis in Resist Reflow Process for Sub-50 nm Contact Hole.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 48 (9), 096502 (2009).</li><li>Montgomery, P. K., Fedynyshyn, T. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resist+reflow+for+193-nm+low-K1+lithography+contacts.">Resist reflow for 193-nm low-K1 lithography contacts.</a> Proc. SPIE Advances in Resist Technology and Processing XX. 5039, 807-816 (2003).</li><li>King, W. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+force+microscope+cantilevers+for+combined+thermomechanical+data+writing+and+reading.">Atomic force microscope cantilevers for combined thermomechanical data writing and reading.</a> Appl. Phys. Lett. 78 (9), 1300-1302 (2001).</li><li>Chuo, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+fabrication+of+nano-structured+quartz+stamps.">Rapid fabrication of nano-structured quartz stamps.</a> Nanotechnology. 24 (5), 055304 (2013).</li><li>Moreau, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Semiconductor Lithography: Principles, Practices, and Materials. , 419 (2012).</li><li>Chan, J. C., Tran, H., Pattison, J. W., Rananavare, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facile+pyrolytic+synthesis+of+silicon+nanowires.">Facile pyrolytic synthesis of silicon nanowires.</a> Solid-State Electron. 54 (10), 1185-1191 (2010).</li><li>Tran, H. A., Rananavare, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+characterization+of+N-+and+P-+doped+tin+oxide+nanowires.">Synthesis and characterization of N- and P- doped tin oxide nanowires.</a> , (2011).</li><li>Tran, H. A., Rananavare, S. B., Morris, J. E., Iniewski, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+39,+Synthesis+and+Characterization+of+n-+and+p-Doped+Tin+Oxide+Nanowires+for+Gas+Sensing+Applications.">Ch. 39, Synthesis and Characterization of n- and p-Doped Tin Oxide Nanowires for Gas Sensing Applications.</a> Nanoelectronic Device Applications Handbook . , (2013).</li></ol>

החוקרים אין לי מה לחשוף.

Shot-רעש (SN) ליתוגרפיה הוא תוצאה פשוטה של ​​תנודות סטטיסטיות במספר הפוטונים או חלקיקים (N) המגיעים בתוך ננו-אזור נתון; זה עומד ביחס הפוך לשורש הריבועי של מספר הפוטונים / חלקיקים: <img alt="משוואה 3" src="/files/ftp_upload/54551/eq3.jpg" /><p class="jove_content" style=...

הגידול המעריכי בשלטון חישובית, כמו לכימות על ידי חוק מור 1, 2 (1), היא תוצאה של התקדמות הדרגתית ליתוגרפיה אופטית. בטכניקת דפוסים מלמעלה למטה זה, החלטת השגה, R, ניתן על ידי משפט ראלי ידוע 3: <img alt="משוואה 1" src="/files/ftp_upload/54551/eq1.jpg" /> הנה, λ ו NA הם גל אור צמצם מספרי, בהתאמה. שים לב NA = η · sinθ, שבו η הוא מקדם השבירה של התווך בין העדשה ואת פרוסות; θ = tan -1 (ד / 2L) עבור הקוטר, ד, של העדשה, ואת המרחק, l, בין מרכז העדשה ואת הפרוסות. במהלך חמישים השנים האחרונות, ההחלטה ליתוגרפיות השתפרה באמצעות (א) מקור אורs, כולל לייזרים excimer, עם אורכי גל UV קטנים יותר ויותר; (ב) עיצובים אופטיים חכמים העסקת שלב משמרת מסכות 4; ו- (ג) גבוה NA. להשגת חשיפה באוויר (η = 1), אנ-איי היא תמיד פחות אחדים, אלא על ידי החדרת נוזל עם η&gt; 1, כגון מים 5, בין העדשה ואת פרוסות, יכול להיות מורם NA מעל 1, ובכך לשפר את הרזולוציה של ליתוגרפיה טבילה. נכון לעכשיו נתיבי קיימא צומת 20 ננומטר ומעבר כוללים מקורות UV קיצוניים (λ = 13 ננומטר) או טכניקות דפוסים באמצעות עיבוד כפול מרובע מורכב של photoresist רב שכבתי 6, 7. בקני מידה באורך ננומטר, תנודות סטטיסטיות, הנגרמת על ידי זריקה לרעש (SN), במספר הפוטונים המגיעים בתוך וריאציה הגורם ננו באזור בממדי lithogra<html> דפוסי phic. תופעות אלה בולטות יותר עם חשיפה לאור EUV אנרגיה גבוהה ו- E-קורות, מערכות שצריכות הזמנות של פוטונים פחות גודל / חלקיקים לעומת ליתוגרפיה 8 אופטית רגילה. רגיש במיוחד מוגבר כימי (עם יעילות קוונטית&gt; 1) photoresists גם להציג SN כימי שגרם וריאציה במספר מולקולות photoreactive ב nanoregions החשוף 9, 10. photoresists רגישות נמוכה שצריכים חשיפות כבר לדכא את ההשפעות הללו, אבל הם גם להפחית את התפוקה. על בקנה מידה מולקולרי, התרומה קו קצה חיספוס מהפצת גודל מולקולרי אינהרנטי פולימרים photoresist עשוי להיות מופחת על ידי שימוש מתנגד מולקולרית 11. הלך מחשבה זה, הוא משלים עיבוד מלמעלה למטה של דפוסי ננו היא השימוש בשיטות מלמטה למעלה 12,s = &quot;Xref&quot;&gt; 13 המסתמכים באופן ספציפי על הרכבה עצמית מכוונת (DSA) של פולימרים diblock 14. היכולת של תהליכים אלה לכוון נוקלאציה ליצור ריווח לא אחיד בין דפוסים רצויים, כגון חורים או קווים, נותרת מאתגרת. התפלגות הגודל של רכיבים מולקולריים 15, 16 גם מגבילה את היקף תשואה של ייצור 17, 18. בעיות דומות להגביל הדפסת microcontact של חלקיקים ליתוגרפיה רך 19. מאמר זה מציג מחקרים של גישה היברידית חדשה (איור 1), המשלבת את ליתוגרפיה ההקרנה מלמעלה למטה הקלסית עם הרכבה עצמית מכוון אלקטרוסטטי כדי לצמצם את ההשפעה של חספוס SN / קו-קצה (הימלר) 20. מטען חשמלי חיובי קבוצות האמינו על משטחים עצמיים התאסף (Sams) של N - (2-aminoethyl)-11-אמינו-undecyl-methoxy-silane (AATMS) שבבסיס הסרט PMMA נחשפים לאחר פיתוח. סרט photoresist הטעון השלילי של PMMA אלקטרוסטטי משפכי טעונת חלקיקי זהב שלילי (GNPs), כתרים עם ציטרט, 21 - 24 לחורים SN-מושפע 25. Re-זרימה של photoresist PMMA בולעת חלקיקים predeposited בסרט. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/54551/54551fig1.jpg" /> איור 1: ייצוג סכמטי של האסטרטגיה להסיר את ההשפעות של רעש ירייה וחספוס קו-קצה עבור הדפוסים של חורי קשר באמצעות צירופים של גודל מדויק. הנה, את הממד הביקורתי (CD) הוא בקוטר הרצוי של החורים. הגישה (שלב 1) מתחילה עם הפקדה בשכבה עצמית התאסף (SAM) של מולקולת silane נושאה קבוצות אמין בעלי מטען חשמלי חיובי על גלי התחמוצתאס של פרוסות סיליקון. לאחר מכן, ליתוגרפיה E-הקרן משמשת תבנית החורה (שלבי 2 ו -3) בסרטו photoresist PMMA, השכבה הכחולה, אשר מייצר רעש ירייה, כפי שמודגם תמונת שיבוץ SEM. ליתוגרפיה חושפת קבוצות אמינות בתחתית החורה. שלב 4 כרוך בתצהיר השלב המימי של גודל-נשלט, כתרים-ציטראט חלקיקי זהב (מטען שלילי) (GNPs) חורים בדוגמת lithographically באמצעות תיעול אלקטרוסטטית (EF). בשלב 5, חימום רקיק 100 ° C, מתחת לטמפרטורה מעבר הזכוכית של PMMA, 110 ° C, גורם הזרמה מחדש של photoresist סביב חלקיקים מראש שהופקד. תחריט מעולף PMMA עם פלזמת חמצן (שלב 6) חושף את GNPs, ורטוב תחריט עקב (יוד) של החלקיקים החשופים (שלב 7) יוצר חורים המתאים לגודל של GNPs. כאשר מצמידים עם תגובתי-ion / רטוב-תחריט, אפשר להעביר את דפוס חור photoresist כדי SiO 2 (שלב 8) 31. מִחָדָשׁמודפס באישור התייחסות 20. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54551/54551fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> האינטראקציה אלקטרוסטטית בין GNPs ו&quot;חורים וקבוצות אמינות על פני המצע מונעת התזוזה של GNPs מאתר המחייב. צעד ההזרמה מחדש שומר על המיקום היחסי של GNPs אבל מוחק את החורים ואת ההשפעות של SN / הימלר. פלזמה / צעדי תחריט רטובים להתחדש חורים שיש להם את הגודל של התל&quot;ג. תחריט תגובתי יון מעביר הדפוס שלהם SiO 2 שכבות קשה מסכה. השיטה מסתמכת על שימוש יותר אחיד חלקיקים בגודל מאשר nanohole בדוגמת (NH), כפי שבאה לידי ביטוי בסטיית התקן, σ, כך σ התל&quot;ג &lt;σ NH. דוח זה מתמקד צעדים (4 ו -5 המתוארים באיור 1) מעורבים בתצהיר של חלקיקים מן הפיזור ואתהזרמה מחדש של photoresist סביבם להעריך את היתרונות והמגבלות של השיטה. שני השלבים הללו, באופן עקרוני, ניתן להרחבה עד מצעים גדולים, אין צורך שינוי נרחב של הזרימה הנוכחית של ייצור מעגלים משולבים מודרניים על שבבי.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="700">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">AATMS (95%)</td>
			<td style="width:71px;">Gelest Inc.</td>
			<td style="width:89px;">SIA0595.0</td>
			<td style="width:167px;">N-(2-aminoethyl)-11-aminoundecyltrimethoxysilane&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gold colloids (Ted Pella Inc.)</td>
			<td style="width:71px;">Ted Pella</td>
			<td style="width:89px;">15705-20</td>
			<td>Gold Naoparticles</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">hydrogen peroxide</td>
			<td style="width:71px;">Fisher Scientific&#160;</td>
			<td style="width:89px;">H325-100</td>
			<td>Analytical grade (Used to clean wafer)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:373px;">hydrochloric acid</td>
			<td style="width:71px;">Fisher Scientific&#160;</td>
			<td style="width:89px;">S25358</td>
			<td>Analytical grade</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Ammonium hydroxide</td>
			<td style="width:71px;">Fisher Scientific&#160;</td>
			<td style="width:89px;">A669S-500SDS</td>
			<td>Analytical grade (Used to clean wafer)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">hydrogen fluoride</td>
			<td style="width:71px;">Fisher Scientific&#160;</td>
			<td style="width:89px;">AC277250250</td>
			<td>Analytical grade(used to etch SiO2)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Toluene (anhydrous, 99.8 %)&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:89px;">244511</td>
			<td>Analytical grade (solvent used in Self Assembly of AATMS</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">&#160;Isopropyl alcohol (IPA)</td>
			<td style="width:71px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:89px;">W292907</td>
			<td>Analytical grade (Used to make developer)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Methyl butyl ketone (MIBK)</td>
			<td style="width:71px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:89px;">29261</td>
			<td>Analytical grade(used to make developer)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">1:3 MIBK:IPA developer</td>
			<td style="width:71px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:89px;"></td>
			<td>Analytical grade (Developer)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">950 k poly(methyl methacylate (PMMA, 4 % in Anisole)</td>
			<td style="width:71px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:89px;">182265</td>
			<td>Photoresist for E-beam lithography</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:373px;">Purified Water : Barnstead Sybron Corporation water purification Unit, resistivity of 19.0 M&#937;cm</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:89px;"></td>
			<td>Water for substrate cleaning</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gaertner ellipsometer&#160;</td>
			<td>Gaertner</td>
			<td></td>
			<td>Resist and SAM thickness measurements</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:373px;">XPS, ThermoScientifc ESCALAB 250 instrument</td>
			<td style="width:71px;">Thermo-Scientific</td>
			<td style="width:89px;"></td>
			<td>Surface composition</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:373px;">An FEI Siron XL30</td>
			<td style="width:71px;">Fei Corporation</td>
			<td style="width:89px;"></td>
			<td>Characterize nanopatterns</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;">Zeiss sigma VP FEG SEM</td>
			<td style="width:71px;">Zeiss Corporation</td>
			<td style="width:89px;"></td>
			<td>E-beam exposure and patterning</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">MDS 100&#160; CCD camera</td>
			<td style="width:71px;">Kodak</td>
			<td style="width:89px;"></td>
			<td>Imaging drop shapes for contact angle measurements</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:373px;">Tegal Plasmod</td>
			<td style="width:71px;">Tegal</td>
			<td style="width:89px;"></td>
			<td>Oxygen plasma to etch photoresist</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:373px;">I2</td>
			<td style="width:71px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:89px;">451045</td>
			<td>Components for gold etch solution</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:373px;">KI</td>
			<td style="width:71px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:89px;">746428</td>
			<td>Components for gold etch solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ellipsometer ( LSE Stokes model L116A);</td>
			<td style="width:71px;">Gaertner</td>
			<td style="width:89px;">L116A</td>
			<td>AATMS self assembled monolayer film thickness measurements</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

use of sacrificial nanoparticles to remove the effects of shot-noise in contact holes fabricated by e-beam lithography

ננו-תבניות מפוברקות עם אולטרה סגול קיצוני (EUV) או קרן אלקטרונים (E-beam) וריאציות בלתי צפויות תערוכה ליתוגרפיה בגודל. וריאציה זו יוחסה תנודות סטטיסטיות במספר פוטונים / אלקטרוני הגעתו א-באזור ננו נתון נובע ירה לרעש (SN). את המספר הסידורי משתנה ביחס הפוך לשורש הריבועי של מספר הפוטונים / אלקטרונים. עבור במינון קבוע, SN הוא גדול lithographies EUV ו- E-הקרן מאשר מסורתית (193 ננומטר) ליתוגרפיה אופטית. מלמטה למעלה וגישות דפוסים מלמעלה למטה משולבות כדי למזער את ההשפעות של רעש נורה דפוסי ננו-חור. באופן ספציפי, א-מרכיבה עצמית פעילה שטח אמינו-silane על פרוסות סיליקון כי הוא לאחר מכן ספין מצופה עם סרט 100 ננומטר של photoresist E-קרן PMMA מבוססת. חשיפת E-קורה ואת ההתפתחות שלאחר מכן לחשוף את הסרט פעיל שטח הבסיסי בתחתיות החורות. טובלים את פרוסות להשעיית, ציטרט הכתיר טעונים שלילית, 20 ננומטר gחלקיקים ישנים (תל&quot;ג) פיקדונות חלקיק אחד לכל חור. הסרט הפעיל השטח הטעון החשוף באופן חיובי החור אלקטרוסטטי מתעל את ננו-החלקיקים הטעונים השלילית למרכז חור חשוף, אשר לצמיתות מתקן את הרישום מיקומית. לאחר מכן, על ידי חימום ליד מעבר זכוכית הטמפרטורה של פולימר photoresist, סרט photoresist reflows ואת בולעת החלקיקים. תהליך זה מוחק את החורים מושפעים SN אבל משאיר את GNPs שהופקד נעול במקום על ידי אלקטרוסטטית חזקה מחייבת. טיפול עם פלזמה חמצן חושף את GNPs ידי חריטה של ​​שכבה דקה של photoresist. Wet-תחריט GNPs החשוף עם תמיסה של לי 2 / KI מניב חורים אחידים הממוקמים במרכז החריצים בדוגמת ידי ליתוגרפיה-אלומת E. הניסויים שהוצגו עולה כי הגישה מפחיתה את השוני בין גודל חורים שנגרמו על ידי SN מ -35% אל מתחת ל 10%. השיטה מרחיבה את גבולות דפוסים של חורי קשר טרנזיסטור אל מתחת ל 20 ננומטר.

תרשים 2 מציג תמונה SEM של GNPs 20 ננומטר שהופקדו חורים בקוטר 80 ננומטר בדוגמת סרט PMMA 60-100 ננומטר בעובי מונע על ידי תיעול אלקטרוסטטי. כפי שנצפה על ידי אחרים 22, התהליך הביא על אחד חלקיקים לכל חור. התפלגות חלקיקים סביב מרכז החורים היה גאוס...

Watch this Scientific Journal Video about Use of Sacrificial Nanoparticles to Remove the Effects of Shot-noise in Contact Holes Fabricated by E-beam Lithography at JoVE.com

Use of Sacrificial Nanoparticles to Remove the Effects of Shot-noise in Contact Holes Fabricated by E-beam Lithography

באופן אחיד חלקיקים בגודל יכולים להסיר תנודות בממדי קשר חור בדוגמת פולי (methacrylate מתיל) (PMMA) סרטי photoresist על ידי קרן אלקטרונים (E-beam) ליתוגרפיה. התהליך כרוך תיעול אלקטרוסטטית חלקיקים במרכז הפקדה חורה קשר, ואחריו הזרמה מחדש photoresist ו פלזמה וצעדים רטוב-תחריט.

שימוש של חלקיקים של הקורבן להסיר את ההשפעות של Shot-רעש חורים לתקשר מפוברק על ידי E-הקורה ליתוגרפיה

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has ...

use-sacrificial-nanoparticles-to-remove-effects-shot-noise-contact

Research

JoVE Journal

Engineering

7.2K Views.  Portland State University.  באופן אחיד חלקיקים בגודל יכולים להסיר תנודות בממדי קשר חור בדוגמת פולי (methacrylate מתיל) (PMMA) סרטי photoresist על ידי קרן אלקטרונים (E-beam) ליתוגרפיה. התהליך כרוך תיעול אלקטרוסטטית חלקיקים במרכז הפקדה חורה קשר, ואחריו הזרמה מחדש photoresist ו פלזמה וצעדים רט...

Video: Use of Sacrificial Nanoparticles to Remove the Effects of Shot-noise in Contact Holes Fabricated by E-beam Lithography

Micropunching Lithography for Generating Micro- and Submicron-patterns on Polymer Substrates

Conducting polymers have attracted great attention since the discovery of high conductivity in doped polyacetylene in 19771. They offer the advantages of low weight, easy tailoring of properties and a wide spectrum of applications2,3. Due to sensitivity of conducting polymers to environmental conditions (e.g., air, oxygen, moisture, high temperature and chemical solutions), lithographic techniques present significant technical challenges when working with these materials4. For example, current photolithographic methods, such as ultra-violet (UV), are unsuitable for patterning the conducting polymers due to the involvement of wet and/or dry etching processes in these methods. In addition, current micro/nanosystems mainly have a planar form5,6. One layer of structures is built on the top surfaces of another layer of fabricated features. Multiple layers of these structures are stacked together to form numerous devices on a common substrate. The sidewall surfaces of the microstructures have not been used in constructing devices. On the other hand, sidewall patterns could be used, for example, to build 3-D circuits, modify fluidic channels and direct horizontal growth of nanowires and nanotubes.
A macropunching method has been applied in the manufacturing industry to create macropatterns in a sheet metal for over a hundred years. Motivated by this approach, we have developed a micropunching lithography method (MPL) to overcome the obstacles of patterning conducting polymers and generating sidewall patterns. Like the macropunching method, the MPL also includes two operations (Fig. 1): (i) cutting; and (ii) drawing. The "cutting" operation was applied to pattern three conducting polymers4, polypyrrole (PPy), Poly(3,4-ethylenedioxythiophen)-poly(4-styrenesulphonate) (PEDOT) and polyaniline (PANI). It was also employed to create Al microstructures7. The fabricated microstructures of conducting polymers have been used as humidity8, chemical8, and glucose sensors9. Combined microstructures of Al and conducting polymers have been employed to fabricate capacitors and various heterojunctions9,10,11. The "cutting" operation was also applied to generate submicron-patterns, such as 100- and 500-nm-wide PPy lines as well as 100-nm-wide Au wires. The "drawing" operation was employed for two applications: (i) produce Au sidewall patterns on high density polyethylene (HDPE) channels which could be used for building 3D microsystems12,13,14, and (ii) fabricate polydimethylsiloxane (PDMS) micropillars on HDPE substrates to increase the contact angle of the channel15.

A micropunching lithography approach is developed to generate micro- and submicron-patterns on top, sidewall and bottom surfaces of polymer substrates. It overcomes the obstacles of patterning conducting polymers and generating sidewall patterns. This method allows rapid fabrication of multiple features and is free of aggressive chemistry.

Micropunching ליתוגרפיה לייצור מיקרו submicron דפוסי פולימר על מצעים

Conducting polymers have attracted great attention since the discovery of high conductivity in doped polyacetylene in 19771. They offer the advantages of ...

Optical Trapping of Nanoparticles

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping and manipulating small biological particles. Ashkin and co-workers first demonstrated optical tweezers using a single focused beam1. The single beam trap can be described accurately using the perturbative gradient force formulation in the case of small Rayleigh regime particles1. In the perturbative regime, the optical power required for trapping a particle scales as the inverse fourth power of the particle size. High optical powers can damage dielectric particles and cause heating. For instance, trapped latex spheres of 109 nm in diameter were destroyed by a 15 mW beam in 25 sec1, which has serious implications for biological matter2,3.
A self-induced back-action (SIBA) optical trapping was proposed to trap 50 nm polystyrene spheres in the non-perturbative regime4. In a non-perturbative regime, even a small particle with little permittivity contrast to the background can influence significantly the ambient electromagnetic field and induce a large optical force. As a particle enters an illuminated aperture, light transmission increases dramatically because of dielectric loading. If the particle attempts to leave the aperture, decreased transmission causes a change in momentum outwards from the hole and, by Newton's Third Law, results in a force on the particle inwards into the hole, trapping the particle. The light transmission can be monitored; hence, the trap can become a sensor. The SIBA trapping technique can be further improved by using a double-nanohole structure.
The double-nanohole structure has been shown to give a strong local field enhancement5,6. Between the two sharp tips of the double-nanohole, a small particle can cause a large change in optical transmission, thereby inducing a large optical force. As a result, smaller nanoparticles can be trapped, such as 12 nm silicate spheres7 and 3.4 nm hydrodynamic radius bovine serum albumin proteins8. In this work, the experimental configuration used for nanoparticle trapping is outlined. First, we detail the assembly of the trapping setup which is based on a Thorlabs Optical Tweezer Kit. Next, we explain the nanofabrication procedure of the double-nanohole in a metal film, the fabrication of the microfluidic chamber and the sample preparation. Finally, we detail the data acquisition procedure and provide typical results for trapping 20 nm polystyrene nanospheres.

The following setup approach details low power optical trapping of dielectric nanoparticles using a double-nanohole in metal film.

לכידה אופטית של חלקיקים

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

Process of Making Three-dimensional Microstructures using Vaporization of a Sacrificial Component

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material fabrication techniques are able to mimic the complexity of these structures while maintaining scalability. The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is able to do so. This process uses sacrificial fibers as a template to form hollow, cylindrical microchannels embedded within a matrix. Tin (II) oxalate (SnOx) is embedded within poly(lactic) acid (PLA) fibers which facilitates the use of this process. The SnOx catalyzes the depolymerization of the PLA fibers at lower temperatures. The lactic acid monomers are gaseous at these temperatures and can be removed from the embedded matrix at temperatures that do not damage the matrix. Here we show a method for aligning these fibers using micromachined plates and a tensioning device to create complex patterns of three-dimensionally arrayed microchannels. The process allows the exploration of virtually any arrangement of fiber topologies and structures.

The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is used to fabricate microvascular structures. This procedure uses sacrificial poly(lactic) acid fibers to form hollow microchannels with precise 3D geometric positioning provided by laser micromachined guide plates.

תהליך של הפיכת Microstructures תלת ממדי באמצעות אידוי של רכיב של קורבן

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material ...

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

ניתוח של ממשקי מגע עבור יחיד התקני Nanowire גן

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

חד שכבתי לתקשר סימום של משטחי סיליקון וNanowires שימוש בתרכובות זרחן אורגניות

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A single gold nanoparticle held by an optical tweezer is used as a sensor to quantify the rhythmic motion of a Nauplius larva (Artemia salina) in a water sample. This is achieved by monitoring the time dependent displacement of the trapped nanoparticle as a consequence of the Nauplius activity. A Fourier analysis of the nanoparticle&#39;s position then yields a frequency spectrum that is characteristic to the motion of the observed species. This experiment demonstrates the capability of this method to measure and characterize the activity of small aquatic larvae without the requirement to observe them directly and to gain information about the position of the larvae with respect to the trapped particle. Overall, this approach could give an insight on the vitality of certain species found in an aquatic ecosystem and could expand the range of conventional methods for analyzing water samples.

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

We use optical tracking of plasmonic nanoparticles to probe and characterize the frequency movements of aquatic organisms.

ניתוח התנועה של Nauplius &#39;<em&gt; סלינה הארטמיה</em&gt; &quot;על ידי מנגנון עקיבה האופטי של Plasmonic חלקיקים

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A ...

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules is reported. The entire sequence of relevant experimental steps is described, involving the fabrication of nanostructured substrates using electron beam lithography, immobilization of biomolecules on the substrates, and their characterization utilizing surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). Three different designs of nano-biological systems are employed, including protein A, glucose binding protein, and a dopamine binding DNA aptamer. In the latter two cases, the binding of respective ligands, D-glucose and dopamine, is also included. The three kinds of biomolecules are immobilized on nanostructured substrates by different methods, and the results of SERS imaging are reported. The capabilities of SERS to detect vibrational modes from surface-immobilized proteins, as well as to capture the protein-ligand and aptamer-ligand binding are demonstrated. The results also illustrate the influence of the surface nanostructure geometry, biomolecules immobilization strategy, Raman activity of the molecules and presence or absence of the ligand binding on the SERS spectra acquired.

We describe the fabrication and characterization of nano-biological systems interfacing nanostructured substrates with immobilized proteins and aptamers. The relevant experimental steps involving lithographic fabrication of nanostructured substrates, bio-functionalization, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) characterization, are reported. SERS detection of surface-immobilized proteins, and probing of protein-ligand and aptamer-ligand binding is demonstrated.

משטח משופר ראמאן ספקטרוסקופיה איתור של מולקולות ביולוגיות באמצעות EBL מצעי Nanostructured המפוברק

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules ...

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step process that finishes with Negishi coupling. Negishi coupling is a cross-coupling process in which a chemical precursor is first lithiated, followed by transmetallation with ZnCl2. The resultant organozinc compound can be coupled to a dibrominated aromatic precursor to give the conjugated monomer. Polymer films can be prepared via electropolymerization of the monomer and characterized using cyclic voltammetry and ultraviolet-visible-near infrared (UV-Vis-NIR) spectroscopy. Nanoparticles (NPs) are prepared via emulsion polymerization of the monomer using a two-surfactant system to yield an aqueous dispersion of the polymer NPs. The NPs are characterized using dynamic light scattering, electron microscopy, and UV-Vis-NIR-spectroscopy. Cytocompatibility of NPs is investigated using the cell viability assay. Finally, the NP suspensions are irradiated with a NIR laser to determine their effectiveness as potential materials for photothermal therapy (PTT).

A protocol is presented for the synthesis and preparation of nanoparticles consisting of electroactive polymers.

מאפייני electroactive פולימר החלקיקים מציגים photothermal

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step ...

Scanning SQUID Study of Vortex Manipulation by Local Contact

Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual vortices is necessary in order to study how vortices interact with each other, with the lattice, and with other magnetic objects. Here, we present a protocol for vortex manipulation in thin superconducting films by local contact, without applying current or magnetic field. Vortices are imaged using a scanning superconducting quantum interference device (SQUID), and vertical stress is applied to the sample by pushing the tip of a silicon chip into the sample, using a piezoelectric element. Vortices are moved by tapping the sample or sweeping it with the silicon tip. Our method allows for effective manipulation of individual vortices, without damaging the film or affecting its topography. We demonstrate how vortices were relocated to distances of up to 0.8 mm. The vortices remained stable at their new location up to five days. With this method, we can control vortices and move them to form complex configurations. This technique for vortex manipulation could also be implemented in applications such as vortex based logic devices.

We present a protocol for manipulation of individual vortices in thin superconducting films, using local mechanical contact. The method does not include applying current, magnetic field or additional fabrication steps.

סריקת לימוד SQUID של מניפולציה וורטקס ידי לתקשר מקומי

Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual ...

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs within the interlayer space of semiconducting layered titania nanosheet (TNS) films was investigated here. Two types of intermediate films (i.e., TNS films containing methyl viologen (TNS/MV2+) and 2-ammoniumethanethiol (TNS/2-AET+)) were prepared. The two intermediate films were soaked in an aqueous tetrachloroauric(III) acid (HAuCl4) solution, whereby considerable amounts of Au(III) species were accommodated within the interlayer spaces of the TNS films. The two types of obtained films were then soaked in an aqueous sodium tetrahydroborate (NaBH4) solution, whereupon the color of the films immediately changed from colorless to purple, suggesting the formation of AuNPs within the TNS interlayer. When only TNS/MV2+ was used as the intermediate film, the color of the film gradually changed from metallic purple to dusty purple within 30 min, suggesting that aggregation of AuNPs had occurred. In contrast, this color change was suppressed by using the TNS/2-AET+ intermediate film, and the AuNPs were stabilized for over 4 months, as evidenced by the characteristic extinction (absorption and scattering) band from the AuNPs.

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Here, we present a protocol for the in situ synthesis of gold nanoparticles (AuNPs) within the interlayer space of layered titanate films without the aggregation of AuNPs. No spectral change was observed even after 4 months. The synthesized material has expected applications in catalysis, photo-catalysis, and the development of cost-effective plasmonic devices.

באתרו הסינתזה של זהב חלקיקים ללא צבירה במרחב Interlayer של סרטים שקופים Titanate Layered

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs ...