Bu eser DARPA (N66001-08-C-2040) bir Sözleşmede ve Texas Eyaleti Gelişen Teknoloji Fonu bir hibe ile desteklenmiştir. Yazarlar seçici atom tabakası birikimi ile ilgili katkıları, hem de ex-situ numune işleme Wallace Martin ve Gordon Pollock için Jiyoung Kim, Greg mordi Angela Azcatl ve Tom SCHARF kabul etmek istiyorum.

1. Ex-situ Numune Hazırlama <ol><li> Cips hazırlayın <ol><li> Si (100) gofret işaretçileri belirlenmesi koymak için uygun etch maskesi tasarlayın. Standart optik litografi ve Rie kullanarak, STM örnekleri alınacak olan gofret içine referans işaretleri olarak satır bir ızgara etch. çizgiler, 10 mikron genişliğinde 1 mikron derinliğinde ve 500 um sahada olmalıdır. Gravür sonra, şerit örneğinden ışığa kalan. Not: fiducial işaretleri in-situ numune yanı AFM ve SEM olarak metroloji sırasında uç konumu için tanımlanabilir olmalıdır. </li><li> Aşağı standart çakmak mavi dicing bant, yapışkan tarafı uygulayarak gofret yüzeyini koruyun. </li><li> Bir elmas kullanarak çipleri içine Zar gofret seramik dicing HDL gerçekleştirmek için kullanılan spesifik UHV-STM aracı için uygun boyutlarda gördüm uçlu. Burada, örnekler 8.1 mm x 8.1 mm kare edildi. </li></ol></li><li> Dicing sonra, yavaşça tarafından UHV-STM desenlendirme aracı içine yerleştirilmesi için çip hazırlamakAşağıdaki bölümde 2 UHV hazırlık sonrası olumsuz bir yüzey rekonstrüksiyonu neden olacaktır herhangi nikel içeren araçları ile çip dokunmamaya özen dicing bandı geri soyma. <ol><li> Politetrafloroetilen (PTFE) cımbız ile numunenin tarafını kavrama ise, sırası ile, aseton, izopropil alkol, metanol, ve iyonu giderilmiş su, bir akışı ile 10 saniye her biri için ön yüze durulayarak temiz talaş. Son olarak, ultra saf N2 veya Ar, yine teflon cımbız ile kavrama ile kurulayın. </li><li> Belirli UHV STM aracı için uygun yöntemler kullanılarak STM numune tutucu numuneyi monte edin çip HDL için kullanılır. <ol><li> Bir nikel ihtiva eden numune tutucuya monte durumunda, tantal folyo engel şeritleri (appx. Örnek yüksekliği ile 4 mm) titanyum makas kullanılarak kesti. Sırasıyla, ultra saf aseton, izopropil alkol, metanol, ve DI su içinde her biri 5 dakika sonikasyon folyo şeritler. Kısmen alüminyum folyo ve enjekte ile beher örterek ultrasaf N 2 gazı ile Kuruaçıklık içine N2 memesi ing. Tüm sıvı buharlaşana kadar gaz akış. Nikel ücretsiz cımbız kullanarak form folyo etrafında sonra numune tutucu gelen numunenin ön ve arka tarafını izole etmek için numune tutucu içinde kelepçe örnek sona erer. </li></ol></li><li> Karbon kontaminasyonu temizlemek için oksijen plazmada, plazma temiz numune ve örnek tutucu monte ettikten sonra. 28 </li></ol></li></ol> 2. UHV Numune Hazırlama <ol><li> UHV işleme ve HDL genellikle (aşağıda adım 2.5.1.1 hariç) 1.3 x 10 -9 mbar altında kalması, böylece yük kilidi veya başka bir tercih UHV güvenli yöntemle UHV sistemine örnek tanıtın. </li><li> Bir sıcaklık ölçer ile sıcaklık izleme Degas O / 650 ° C&#39;de N,. Odacık basıncı arka plan% 25 içinde olduğundan emin olun. Burada anlatılan durumda, tipik plan basınçları 4.5 x 10 -10 mbar yaklaşık bulunmaktadır. </li><li> 5 dakika boyunca 1,500 ° C &#39;de filamanı çatlama Degas tungsten hidrojendir.Mümkünse titanyum süblimasyon pompaları etkinleştirin. </li><li> Örnek &quot;Flash&quot; döngüsü gerçekleştirin. <ol><li> 20 saniye için 1250 ° C&#39;a ısıtma, pirometre ile T izlenmesi ve bir 10 ° C / sn ısıtma gradyanı kullanılarak Flaş örneği. 7 x 10 -9 mbar maksimum basıncını aşmayın. En az 5 saniye içinde ısıtıcı akım kaldırarak soğutulur. </li><li> 5 dakika boyunca 350 ° C&#39;de geri kalanı örnek. Basınç başlangıca kurtarmak için izin vermek. 3x tekrarlayın. </li></ol></li><li> Numune pasivasyon gerçekleştirin. <ol><li> Sıcaklığını izlemek için bir pirometre kullanarak 350 ° C&#39;ye ayarlayın örnek sıcaklığı. Kaçak valfi kullanılarak hazırlık odasına 1.3 x 10 -6 mbar ultra saf H 2 tanıtın. <ol><li> Daha fazla H2 arındırmak için çok sistemde bir sızıntı valfi yakınındaki H2 hattı üzerinde bir soğuk tuzak koyun. </li><li> Eğer mümkünse, yüksek hız turbo pompa yerine bir iyon pompası ile sisteme pompa. Iyon pompası olmaktan expo numuneyi kontamine değil böylece buduryüksek basınçlı ve çıkartma kirleticilere karşı sed. pompalar (350 ° C) En hidrojen çıkarıldıktan sonra normal durumda geri koymak ve örnek hala sıcak olan. </li></ol></li><li> , 12 dakika boyunca 1400 ° C arasında bir sıcaklığa filaman çatlama, tungsten, hidrojen açın sonra filament ve H2 gaz akışını kapatmak. Oda sıcaklığına soğutun örneği. </li></ol></li></ol> 3. Taramalı tünelleme mikroskopisi ve Litografi <ol><li> STM ile örnek aktarın ve tünel aralığı içine numune ve STM ucu getir. 20 mikron spot büyüklüğü daha iyi güç çözme ile bir kamerayı kullanarak, uç-numune kavşağı yüksek çözünürlüklü optik görüntü almak. Eğrilik Düzeltme ve referans işaretleri bir bozulmamış üreme temsil böylece optik görüntüyü yeniden boyutlandırmak. </li><li> Sistem termal kararsızlıkları azaltmak için herhangi bir aydınlatma çıkarın. Yüzey kalitesini belirler. <ol><li> Uyuşmuş belirlemek, -2,25 V ve 200 pA örnek önyargı ile konvansiyonel STM teknikleri kullanarakyüzeyinde kusurlar er. </li><li> Yüzey kusurları kabul edilebilir seviyelerin altına ise, bir sonraki adıma geçin. Maksimum kabul edilebilir kusur seviyeleri takip gibidir:% 1 Sarkan tahvil; % 3 Si boş; % 1 kirleticiler. </li></ol></li><li> Tasarım HDL desenleri deney kalıpları ve büyük (1 mm x 1 mm) SERP tanımlama düzenleri de dahil olmak üzere, üretilecek. serp desenler 15-20 nm bir adım kullanılarak, AFM hızlı tarama eksen beklenen dik uzun bir vektör ekseni çizilmelidir. Temel şekiller halinde Kırılma genel desen HDL koşullarını uygularken ucu tarafından takip yolu tanımlamak için kullanılır. 24 </li><li> Önceki adımdaki vektör çıkışlarını kullanarak, HDL, 7-9 V örnek yanlılığı, 1 nA akımı ile büyük alanlar için FE modu litografi kullanarak gerçekleştirmek ve atomik hassas kenarları gerektiren küçük alanlar veya bu alanlar için 0.2 mC / cm ve AP modu litografi . 24 <ol><li> Pe optimal AP modu litografi koşulları belirlemek2 ila 4 nA değişen 3.5 ile 4.5 V arasında değişen örnek önyargı ile koşullar, mevcut bir çeşitliliği ile HDL&#39;yi rforming ve hat 2 ile 4 mC / cm arasında değişen dozajlar. Dar tamamen depassivated çizgi üretirler koşulları seçin. </li></ol></li><li> -2,25 V örnek önyargı ve 0.2 nA tünel akımı görüntüleme ile istenen HDL desenli alanlarda STM metroloji gerçekleştirin. <ol><li> [Isteğe bağlı] hata düzeltme gerçekleştirin. STM metroloji sonra adım 3.5 istenen deseni ile STM görüntüleri depassivation deseni karşılaştırın. Herhangi alanlar yetersiz sarkan bağ oluşumunu gösterirse, bu alanlarda litografi döngüyü tekrarlayın. </li></ol></li><li> STM HDL tamamladıktan sonra, numuneden ucu boşa ve kilit yüklemek için örnek taşıyın. </li><li> Vent ve örnek çıkarın. Ultrasaf N2 ile havalandırma sırasında, böyle temiz safir gibi inert, düz yüzeye ile irtibata geçerek örnek korumak. 29 yüzey koruma sonra, herhangi bir pompalara yakın vanalar sonra Quic olarak gaz havalandırma tanıtmakmümkün KLY. Sistemi için örnek çıkarın. </li></ol> 4. Numune Taşıma <ol><li> Yük kilit numuneyi çıkarın. Mümkünse folyo bariyer parçaları kaldırma dahil, numune tutucu numuneyi bırakın. PTFE (veya Ti) cımbız kullanarak, en az 10 dk atmosfer maruz kalmasını sağlamak için çalışırken, korunan numunenin ön tarafını tutarak, taşıyıcı Numuneyi hareket ettirin. </li><li> Numune üzerinde kapağını takın ve gevşek bir basınçlı numune taşıyıcı monte edin. 1 dakika boyunca ultrasaf Ar ile yıkayın. Herhangi bir noktada sistem tahliye etmeyin, ya da yüzey hasar oluşabilir. 29 Nihayet, Ar küçük bir pozitif basınç (~ 50-100 mbar) ile mühür numune taşıyıcı böylece numune kadar stabil kalır Bir ay kadar. </li></ol> 5. Biriktirme Layer Atom <ol><li> ALD uygun biriktirme sıcaklığında (100 ° C) olduğundan emin olun. Atmosferik basınç elde edilinceye kadar yavaşça ALD odasındaki argon basıncı artırmak. </li><li> Açık ALD odası. </li><li> Açık Örnek taşıyıcı ve hızlı bir şekilde kenarında örnek kavrama PTFE cımbız kullanılarak ALD odasına aktarmak ve ardından degaze edilmesi için &lt;2 x 10 -1 mbar 1 saat arasında bir basınçta ALD odasına yakın ve bir argon akışı ile tasfiye örneği. Amorf titanyum 2.8 nm büyümeye ALD 80 tekrarlanan döngülerini gerçekleştirmek için bir süreç olarak ayarlayın. <ol><li> Titanyum tetraklorür (TiCI4) ve su ile, 100-150 ° C arasında bir sıcaklıkta, örnek modifiye edilmemiş bir ticari ALD sisteminin kullanılması (H2O) ön darbe süreleri ile, 0.3 mbar ile 0,8 mbar&#39;lık basınçlarda reaksiyona giren maddeler ile çökelmesini yapmak gibi 0.1 sn ve 0.05 sn. 27 </li><li> Her gaz puls sonrasında bağlı physisorbed reaktanlara minimal arka plan çökelmesini sağlamak için 0.2 mbar&#39;da 60 saniye boyunca Ar ile reaktöre temizleyin. Bu çalışmada maskeleri için, 80 ALD döngüleri, 100 ° C&#39;de, amorf titanyum oksit, yaklaşık 2.8 nm büyümesi için kullanılır. </li></ol&gt; </li><li> Yavaşça Ar gazı ve açık olan ALD odasını havalandırın. Tekrarlayın 4.1 ve numune taşıma için 4.2 yineleyin. </li></ol> 6. Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) <ol><li> Üreticinin protokolüne göre AFM doğru kalibrasyon sağlayın. Açık örnek taşıyıcı ve yavaşça cımbız kullanarak örnek çıkarın. </li><li> Transporter dan çıkardıktan sonra, güvenli bir şekilde bu tür eğer mümkünse bir sıkıştırma sistemi gibi mekanik montaj yöntemi kullanarak AFM içine örnek yükleyin. Numune üzerine AFM kamera odaklanın ve adım 3.2 optik metroloji dayalı desen AFM ucu hizalamak için örnek yüzeyinde referans işaretleri bulun. </li><li> AFM ayarları yüksekliği ve faz bilgileri hem göstermek ve um 20 ila 40 geniş olması, tarama boyutunu ayarlamak olacaktır emin olun. Numune üzerine AFM ucu Engage. </li><li> Bulucu desen bölge tanımlanır kadar en yüksek çözünürlükte yüksekliği ve faz bilgileri kullanarak, tarayın. Desenli yeniden içine büyütgion bir görüntü istendiği bölgeye bulup. </li><li> Uygun görüntü kalitesi ve çözünürlüğü (genellikle mümkün olan en yüksek) kullanarak istenen bölgelerin bir görüntü alın. İstenen tüm bölgeler tarandıktan sonra, numuneden ucu ayırın. Örnek boşaltın. Tekrarlayın 4.1 ve numune taşıma için 4.2 yineleyin. </li></ol> 7. Reaktif İyon Dağlama <ol><li> -110 ° C kapasitif birleştiğinde RIE reaktörü Chill, daha sonra intro odasına örnek yüklemek ve 7.5 x 10 -6 mbar aşağı pompa. <ol><li> 3 dakika boyunca sıcaklığını stabilize. Sonra 40 sccm&#39;lik 8 sccm&#39;lik (dakika başına standart santimetre küp), Ar de O 2 akış oranları ile ilgili gazı açın ve 20 sccm&#39;lik SF 6. </li><li> 150 W RF deşarjı kullanarak Strike plazma, daha sonra 8 sccm&#39;lik de 52 sccm&#39;lik de SF 6 ve O 2 kullanarak 1 dakika boyunca etch gaz akışını değiştirmek. Si bu gazların etkileşim yaklaşık olarak 20 nm / dakika bir hızda iz bırakacaktır. 30 </sup&gt; </li><li> 7.5 x 10 -6 mbar vakum pompa. RIE sistemini havalandırın. Tekrarlayın 4.1 ve numune taşıma için 4.2 yineleyin. </li></ol></li></ol> 8. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) <ol><li> SEM Örnek Montaj ve sisteme örnek tanıtımı. <ol><li> Yapışkan olmayan numune numune montajını kolaylaştırmak için uygun bir konumda içine monte yerleştirin. </li><li> Açık örnek taşıyıcı ve hafifçe kenarlarından örnek kapmak ve güvenli SEM montaj içine yükledikten sonra SEM içine numune takımını tanıtmak için cımbız kullanarak örnek çıkarın. </li><li> Vent ve açık SEM odası. Güvenli SEM örnek aşamasına örnek düzeneğini takın. SEM odasını aşağı Pump. </li></ol></li><li> , Referanslar bulun. <ol><li> Mümkün olan en düşük değere büyütme getirin. Iyi bir çözünürlük verecek hızlandırılması gerilim ve ışın akımı ayarlarını seçin. En kabul edilebilir ayarlarla başlayın. Gerektiği gibi kadar gidin. </li><li> Elektron demetinin açın. Genel bölgeyi getirÖnerilen çalışma mesafesi ve eucentric yüksekliğe ilgi. </li><li> Bulun ve bölüm 1.1&#39;de açıklanan fiducials odaklanın. Gerektiği gibi çalışma mesafesi ayarlayın. Odak, parlaklık ve kontrast optimize edin. </li></ol></li><li> Desenleri bulun ve görüntü. <ol><li> Fiducials Göreli, desen karbon birikimi en aza indirmek yakın olmayan temel özellikleri kullanarak odağı optimize etmek için bölüm 3.2 ve bölüm 6. AFM metroloji, optik metroloji dayalı desenleri bulun. Optimize sonra, desen taşımak ve plan görünüşü görüntüleri ve ölçümleri kazanır. </li><li> Gerekirse, 3D görüntüler ve desen yüksekliği ölçümleri için numune eğin. Gerektiğinde diğer modelleri için, 8.3 tekrarlayın. </li></ol></li><li> SEM üretici tarafından öngörülen, SEM sistem kapatma rutin ve bitiriş örnek / s gerçekleştirin. Geri taşıyıcı içine örnek sabitleyin. </li><li> Tekrarlayın 4.3 ve örnek taşıma ve depolama için 4.4 yineleyin. Bu noktada, numuneler sağlam ve canzaman belirsiz bir süre için saklanabilir. Gerekirse gerçekleştirin sonrası görüntüleme analiz eder. </li></ol>

<ol>
	<li>Yoffe, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-dimensional+systems:+quantum+size+effects+and+electronic+properties+of+semiconductor+microcrystallites+(zero-dimensional+systems)+and+some+quasi-two-dimensional+systems.">Low-dimensional systems: quantum size effects and electronic properties of semiconductor microcrystallites (zero-dimensional systems) and some quasi-two-dimensional systems.</a> Adv. in Phy. 42 (2), 173-262 (1993).</li><li>Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semiconductor+Clusters,+Nanocrystals,+and+Quantum+Dots.">Semiconductor Clusters, Nanocrystals, and Quantum Dots.</a> Science. 271 (5251), 933-937 (1996).</li><li>Craighead, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoelectromechanical+Systems.">Nanoelectromechanical Systems.</a> Science. 290 (5496), 1532-1535 (2000).</li><li>Dai, M. D., Kim, C. -. W., Eom, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Finite+size+effect+on+nanomechanical+mass+detection:+the+role+of+surface+elasticity.">Finite size effect on nanomechanical mass detection: the role of surface elasticity.</a> Nanotechnology. 22 (26), 265502 (2011).</li><li>Personick, M., Mirkin, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Making+sense+of+the+mayhem+behind+shape+control+in+the+synthesis+of+gold+nanoparticles.">Making sense of the mayhem behind shape control in the synthesis of gold nanoparticles.</a> J. Am. Chem. Soc. 135 (C), 18238-18247 (2013).</li><li>Rothemund, P. W. K., Ekani-Nkodo, A., 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=Design+and+Characterization+of+Programmable+DNA.">Design and Characterization of Programmable DNA.</a> Nanotubes. J. Am. Chem. Soc. 26, 16344-16353 (2004).</li><li>Hersam, M. C., Guisinger, N. P., Lyding, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon-based+molecular+nanotechnology.">Silicon-based molecular nanotechnology.</a> Nanotechnology. 11 (2), 70-76 (2000).</li><li>Eigler, D. M., Schweizer, E. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positioning+single+atoms+with+a+scanning+tunnelling+microscope.">Positioning single atoms with a scanning tunnelling microscope.</a> Nature. 344, 524-526 (1990).</li><li>Heinrich, A. J., Lutz, C. P., Gupta, J. A., Eigler, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+cascades.">Molecular cascades.</a> Science. 298, 1381-1387 (2002).</li><li>Crommie, M. F., Lutz, C. P., Eigler, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confinement+of+Electrons+to+Quantum+Corrals+on+a+Metal+Surface.">Confinement of Electrons to Quantum Corrals on a Metal Surface.</a> Science. 262 (5131), 218-220 (1993).</li><li>Shen, T. -. C., Wang, 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=Atomic-Scale+Desorption+Through+Electronic+and+Vibrational+Excitation+Mechanisms.">Atomic-Scale Desorption Through Electronic and Vibrational Excitation Mechanisms.</a> Science. 268, 1590-1592 (1995).</li><li>Randall, J. N., Lyding, J. W., 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+precision+lithography+on+Si.">Atomic precision lithography on Si.</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 27 (6), 2764-2768 (2009).</li><li>Tong, X., Wolkow, 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=Electron-induced+H+atom+desorption+patterns+created+with+a+scanning+tunneling+microscope:+Implications+for+controlled+atomic-scale+patterning+on+H-Si(100).">Electron-induced H atom desorption patterns created with a scanning tunneling microscope: Implications for controlled atomic-scale patterning on H-Si(100).</a> Surf. Sci. 600 (16), L199-L203 (2006).</li><li>Hitosugi, T., Hashizume, T., 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=Scanning+Tunneling+Spectroscopy+of+Dangling-Bond+Wires+Fabricated+on+the+Si(100)-2x1-H+Surface.">Scanning Tunneling Spectroscopy of Dangling-Bond Wires Fabricated on the Si(100)-2x1-H Surface.</a> Jap. J. App. Phys, Pt 2 2. 36 (3B), L361-L364 (1997).</li><li>Bird, C. F., Fisher, A. J., Bowler, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soliton+effects+in+dangling-bond+wires+on+Si(001).">Soliton effects in dangling-bond wires on Si(001).</a> Phys. Rev B. 68, 115318 (2003).</li><li>Wolkow, R. A., Livadaru, 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=.">.</a> Beyond-CMOS Electronics. , 1-28 (2013).</li><li>Lyding, J. W., Shen, T. -. C., Hubacek, J. S., Tucker, J. R., Abeln, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoscale+patterning+and+oxidation+of+H-passivated+Si(100)-2&#215;1+surfaces+with+an+ultrahigh+vacuum+scanning+tunneling+microscope.">Nanoscale patterning and oxidation of H-passivated Si(100)-2&#215;1 surfaces with an ultrahigh vacuum scanning tunneling microscope.</a> App. Phys. Lett. 64 (15), 2010-2012 (1994).</li><li>Lyding, J. W., Shen, T. -. C., Abeln, G. C., Wang, C., Tucker, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoscale+patterning+and+selective+chemistry+of+silicon+surfaces+by+ultrahigh-vacuum+scanning+tunneling+microscopy.">Nanoscale patterning and selective chemistry of silicon surfaces by ultrahigh-vacuum scanning tunneling microscopy.</a> Nanotechnology. 7, 128-133 (1996).</li><li>Owen, J. H. G., Ballard, J., Randall, J. N., Alexander, J., Von Ehr, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterned+Atomic+Layer+Epitaxy+of+Si+/+Si(001):H.">Patterned Atomic Layer Epitaxy of Si / Si(001):H.</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (6), 06F201 (2011).</li><li>Goh, K. E. J., Chen, S., Xu, H., Ballard, J., Randall, J. N., Ehr, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Von+Using+patterned+H-resist+for+controlled+three-dimensional+growth+of+nanostructures.">Von Using patterned H-resist for controlled three-dimensional growth of nanostructures.</a> App. Phys. Lett. 98 (16), 163102 (2011).</li><li>Ye, W., Pe&#241;a Martin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+writing+of+sub-5+nm+hafnium+diboride+metallic+nanostructures.">Direct writing of sub-5 nm hafnium diboride metallic nanostructures.</a> ACS Nano. 4 (11), 6818-6824 (2010).</li><li>Brien, J. L., Schofield, S. 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=Scanning+tunnelling+microscope+fabrication+of+arrays+of+phosphorus+atom+qubits+for+a+silicon+quantum+computer.">Scanning tunnelling microscope fabrication of arrays of phosphorus atom qubits for a silicon quantum computer.</a> Smart. 11 (5), 741-748 (2002).</li><li>Van Oven, J. C., Berwald, F., Berggren, K. K., Kruit, P., Hagen, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron-beam-induced+deposition+of+3-nm-half-pitch+patterns+on+bulk+Si.">Electron-beam-induced deposition of 3-nm-half-pitch patterns on bulk Si.</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (6), 06F305 (2011).</li><li>Ballard, J. B., Sisson, T. W., 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=Multimode+hydrogen+depassivation+lithography:+A+method+for+optimizing+atomically+precise+write+times.">Multimode hydrogen depassivation lithography: A method for optimizing atomically precise write times.</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 31 (6), 06FC01 (2013).</li><li>Randall, J. N., Ballard, J. B., 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+precision+patterning+on+Si:+An+opportunity+for+a+digitized+process.">Atomic precision patterning on Si: An opportunity for a digitized process.</a> Microelec. Eng. 87 (5-8), 955-958 (2010).</li><li>Perrine, K. A., Teplyakov, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactivity+of+selectively+terminated+single+crystal+silicon+surfaces.">Reactivity of selectively terminated single crystal silicon surfaces.</a> Chem. Soc. Rev. 39 (8), 3256-3274 (2010).</li><li>McDonnell, S., Longo, R. 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=Controlling+the+Atomic+Layer+Deposition+of+Titanium+Dioxide+on+Silicon:+Dependence+on+Surface+Termination.">Controlling the Atomic Layer Deposition of Titanium Dioxide on Silicon: Dependence on Surface Termination.</a> The J. Phys. Chem. C. 117 (39), 20250-20259 (2013).</li><li>Kane, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasma+cleaning+of+metal+surfaces.">Plasma cleaning of metal surfaces.</a> J. Vac. Sci. Tech. 11 (3), 567 (1974).</li><li>Hersam, M. C., Guisinger, N. P., Lyding, J. W., Thompson, D. S., Moore, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic-level+study+of+the+robustness+of+the+Si(100)-2&#215;1:H+surface+following+exposure+to+ambient+conditions.">Atomic-level study of the robustness of the Si(100)-2&#215;1:H surface following exposure to ambient conditions.</a> App. Phys. Lett. 78 (7), 886-888 (2001).</li><li>Agostino, R., Flamm, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasma+etching+of+Si+and+SiO2+in+SF6&#8211;O2+mixtures.">Plasma etching of Si and SiO2 in SF6&#8211;O2 mixtures.</a> J. App. Phys. 52 (1), 162 (1981).</li><li>Longo, R. C., McDonnell, S., 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=Selectivity+of+metal+oxide+atomic+layer+deposition+on+hydrogen+terminated+and+oxidized+Si(001)-(2&#215;1)+surface.">Selectivity of metal oxide atomic layer deposition on hydrogen terminated and oxidized Si(001)-(2&#215;1) surface.</a> J. Vac. Sci Tech. B. 32 (3), 03D112 (2014).</li><li>Ruess, F. J., Oberbeck, 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=The+use+of+etched+registration+markers+to+make+four-terminal+electrical+contacts+to+STM-patterned+nanostructures.">The use of etched registration markers to make four-terminal electrical contacts to STM-patterned nanostructures.</a> Nanotechnology. 16 (10), 2446-2449 (2005).</li><li>Ruess, F. J., Pok, W., 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=Realization+of+Atomically+Controlled+Dopant+Devices+in+Silicon.">Realization of Atomically Controlled Dopant Devices in Silicon.</a> Small. 3 (4), 563-567 (2007).</li><li>Li, K., Namboodiri, 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=Controlled+formation+of+atomic+step+morphology+on+micropatterned+Si+(100).">Controlled formation of atomic step morphology on micropatterned Si (100).</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (4), 041806 (2011).</li><li>Ballard, J. B., Owen, J. H. G., 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+hydrogen+depassivation+lithography+patterns+into+silicon+with+atomically+traceable+placement+and+size+control.">Pattern transfer of hydrogen depassivation lithography patterns into silicon with atomically traceable placement and size control.</a> Journal of Vacuum Science and Technology B. 32 (4), 041804 (2014).</li><li>Gusev, E. P., Cabral, C., Copel, M., D&#8217;Emic, C., Gribelyuk, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=U+ltrathin+HfO+2+films+grown+on+silicon+by+atomic+layer+deposition+for+advanced+gate+dielectrics+applications.">U ltrathin HfO 2 films grown on silicon by atomic layer deposition for advanced gate dielectrics applications.</a> Microelectronic Engineering. 69, 145-151 (2003).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Yukarıda tarif edilen nanoyapılarda üzerinde metroloji gerçekleştirme gibi AFM ve SEM gibi diğer araçları kullanarak HDL ve desen konumu sırasında uç konumlandırma köprü yeteneği gerektirir. Şekil 3&#39;te gösterildiği gibi, e-ışını litografi gibi yüksek çözünürlüklü pozisyonu kodlama ile diğer gelişmiş desen araçlarının tersine olarak, burada gerçekleştirilen HDL, bu yüzden ekstra pozisyon tanımlaması protokoller kullanılmıştır, iyi kontrol edilen kaba konuml...

Nanoteknoloji yapılarını anlamak arenalarda, geniş bir yelpazede daha önemli hale geldikçe, özellikle litografi ve elektronik alanlarında, önem kazanmaktadır oluşturulmuştur. Özellikle 10 nm altındaki ölçeklerde, nano metroloji önemini vurgulamak için, sadece 1 nm özelliği büyüklüğünde bir varyasyonu fraksiyonel varyasyon en az% 10 olduğunu gösterir işaret edilmelidir. Bu varyasyon cihaz performansı ve malzeme karakter için önemli etkileri olabilir 1,2 -. 4 sentetik yöntemler kullanarak, örneğin kuantum noktaları veya diğer kompleks moleküller olarak çok hassas oluşan bireysel özellikler 2,5,6, fabrikasyon ama genellikle aynı hassasiyeti eksik olabilir boyut ve yerleştirme kontrolü geliştirmeye yönelik çalışmalarına rağmen özellik yerleştirme ve oryantasyon içinde. Bu kağıt yakın atomik boyut hassasiyeti ve özellik yerleştirme atomik hassas nano imalatı, yanı sıra bir yaklaşım gösteriyorözellik yerleştirme atom metroloji ile. Tarama tünel Mikroskobu (STM) neden olduğu hidrojen Depassivation Taşbaskı (HDL) atomik hassas kullanarak, kimyasal olarak duyarlı kontrast atomik hassas desenler bir yüzey üzerinde oluşturulur. Şekil 1 &#39;de şematik olarak gösterildiği gibi selektif Biriktirme Layer Atom (ALD) daha sonra, tepkisel iyonla hakketme (RIE) nihai yığın malzemeye desenleri aktarılması ile, desenli alanlarda sert oksit malzeme uygulanır. Standardı ile son derece hassas HDL işlemi birleştiren ALD ve RIE esnek bir yöntem ile sonuçlanır rasgele şekil ve konumlandırma bir yüzey üzerine nano üretmek için işler. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/52900/52900fig1.jpg" /> 1. İlköğretim nanofabrikasyon Süreç Adımları Şekil. Bir örnek olarak, 200 nm x 200 mil kare gösterilmektedir. Her bir daire içine ok atmosfer koşullarında ve t aşamasını göstermektedirsiteler arasında ransport. UHV örnek hazırlık sonra, numune STM metroloji (sol üst) izledi UHV HDL kullanılarak desenli. ALD sonra AFM metroloji (sağda), ardından gerçekleştirilir. RIE SEM metroloji ardından Si (100), içine desenleri aktarır (sol altta). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52900/52900fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Bugüne kadar en hassas litografi, genellikle taranmış prob teknikleri, atomik çözünürlükte desen ve işlevsel bir çok uygulama için gösterilmiştir, özellikle STM tabanlı model oluşturmanın içerir. büyük bir hassasiyetle 7, daha önce, atom manipülasyon üretti nano yapı taşları, 8 bireysel atomuna kullanılarak , 9,10 ancak böylece kriyojenik koşullar gereklidir ve nanoyapılar uzun vadeli sağlamlığını yoksundu. Yüzeyinden hidrojen atomunun ayrılmasıyla RT atomu manipülasyon specifical gösterilmiştirly HDL. 11,12,13 HDL yüzey kontrast mekansal lokalizasyonu dayalı elektronik ve diğer cihazlar, yeni sınıflar sağlamak için vaat ediyor. Daha fazla işleme tabi tutulmadan HDL&#39;yi kullanarak, çeşitli cihaz mimarileri bağ telleri veya mantık cihazları sarkan dahil mümkündür. 14,15,16 Ayrıca elektrik kontrast sağlayarak, aslında, pasifleştirme H katmanı kaldırıldı yüzeyde kimyasal kontrast tanıtabilirsiniz HDL başkaca kimyasal modifikasyon için bir şablon oluşturma. Bu kimyasal modifikasyon metaller, 17 izolatörler, 18 ve hatta yarı iletkenler çökelmesi için seçicilik gösteren, silikon ve diğer yüzeyler üzerinde gösterilmiştir. 16,19 Bu örneklerin her birinin doğru üretmek için kullanılan gereken iki boyutlu bir yapı, bu nedenle diğer işlem adımlarını üreten üç HDL tarafından vaat atomik çözüldü kontrolü ile boyutlu yapılar. Daha önce, bu gerekli olan tekrarlanan desenlendirme, 19,20,21 tavlama, 22 </suBu tür uç tabanlı e-ışın kaynaklı birikimi olarak daha az p&gt; ya çözülmüş süreçler. 23 E-ışın litografi benzer HDL bir karşı ortaya çıkarmak için bir elektron lokalize akı kullanır. Birkaç benzerlikler değişken nokta büyüklüğü ve desenlendirme verimliliği ile multi-mode litografi gerçekleştirmek için kapasite gibi mevcut. 24 Ancak, HDL&#39;nin gerçek gücü e-ışın litografi farklıdır nasıl doğar. Birincisi, HDL direnen o poz dijital süreç haline karşı bu kadar atomik hidrojenin bir tek tabaka ise; atom ya da mevcut değilse ya da karşı. 25 H atomu yerleştirme (100) HDL süreci atomik hassas bir süreç olabilir kafes yatan Si karşılık bu yana, bu yazıda HDL nanometre hassasiyet olarak sahip olduğunu belirtmek gerekir, ancak Bu şekilde atomik mükemmellik sahiptir ve karşı bu durumda bir dijital değildir. HDL elektron kaynağı yüzeyine yerel olduğundan, STM çeşitli çalışma modları hem kolaylaştıranverim optimizasyonu yanı sıra hata kontrolü. ~ 4.5 V altında ucu-örnek önyargıları anda, litografi atomik hassas modu (AP modunda) olarak bilinen atom hassas, tek atom düzeyinde yapılabilir. Buna karşılık, ~ 7 V üzerinde önyargıları de, elektronlar Field Emission modu (FE modu) olarak bilinen geniş Burada Çizgi genişlikleri ve yüksek depassivation verimlilikleri ile örnek ucu doğrudan yayılır. Genel çıktılar mümkün 1 mikron 2 / dakikaya kadar desenlendirme ile litografi-ışın e küçük akrabası kalsa da HDL çıktılar, sonra bu iki mod dikkatli kombinasyonu ile optimize edilebilir. Önyargı ve böylece ters edildiğinde numune böylece hata düzeltme ve atomik ölçek metroloji hem yüzey atom yapısı denetlenmesine izin, son derece düşük depassivation verimliliği ile ucu örnek -2,25 V, elektronlar tünelin ~ tutulur . Şekil 1 &#39;de gösterilen bu nano üretim süreci </stronyukarıda tarif edildiği gibi gr&gt; bir UHV HDL adımla başlar. HDL takip ederek, numune (örneğin, yaklaşık 1 tek katmanlı) SiO2 katmanı. Taşıma sonra 26, örnek çökelmesi için bir ALD odasına yerleştirilen bir ince oluşturan, model verilmiş alanlar, su ile, doymuş hale bu süre içinde, atmosfere boşaltılır AFM ve XPS. 27 titanyum Reaksiyon yüzeyinin bir su doygunluğu bağlıdır yana ile ölçüldüğünde 2-3 mil burada biriken kalınlıklarda titanya (TiO2), bu işlem, yüzeyi su ile satüre bir atmosfer tabi olmasına rağmen mümkündür . Daha sonra, AFM ve SEM ile belirlendi aşındırma derinliği ile, örnek Si 20 mil kaldırılır, böylece rie kullanılarak kazınmış olan toplu olarak ALD maske deseni aktarmak için kullanılır. Metroloji adımlarını kolaylaştırmak amacıyla, bir Si (100) gofret, uzun çalışma mesafesi optik mikroskop, AFM plan görünümü optik görüntüleme ile UHV hazırlıktan sonra görünür olacak şekilde tasarlanmıştır çizgilerin bir ızgara ile desenli, veDüşük büyütme planı manzaralı SEM görüntüleme. Nanoölçekli yapılarını belirlemek yardımcı olmak için, 1 mikron 2 serpantin desen (SERPs) SERPs göre sabit konumlarda bulunan en izole nanopatterns ile numunelerin üzerine desenli. HDL, seçmeli ALD ve RIE bu kombinasyonu nano imalatı için önemli bir işlem olabilir ve bu sürecinin doğal bir yan ürünü olarak bir atom ölçekli metroloji içerir. Aşağıda, Si HDL, seçici ALD ve Rie kullanarak (100) alt 10 nm nano imal etmek katılan adımların ayrıntılı bir açıklamasını içerir. Bu bir bu işlemlerin her uzman olduğu kabul edilmektedir, ancak bu bilgiler, çeşitli işlemleri nasıl entegre ilgili dahil edilecektir. Özellikle vurgu, aynı zorlukları önlemek amacıyla yazarlar tarafından yaşanan bu beklenmedik zorluklar verilen özellikle ulaşım ve metroloji ile ilgili olacaktır.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Si Wafer</td>
			<td>VA Semiconductor</td>
			<td></td>
			<td>P type (Boron) Si&#60;100&#62; +/- 2 degrees, 280 mm +/- 25 mm thick, 0.01-0.02 ohm-cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ta foil</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>335</td>
			<td>0.025mm (0.001in) thick, 99.997% (metals basis)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>19393</td>
			<td>Semiconductor Grade, 99.9%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Propanol</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>19397</td>
			<td>Semiconductor Grade, 99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>19392</td>
			<td>Semiconductor Grade, 99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Argon</td>
			<td>Praxair</td>
			<td></td>
			<td>Ultra high purity (grade 5.0)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized water</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>Milli-Q Water Purification System</td>
			<td>&#62;18 MW resistance water produced on demand.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TiCl4</td>
			<td>Sigma Aldrigh</td>
			<td>254312</td>
			<td>&#8805;99.995% trace metals basis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>O2</td>
			<td>Matheson</td>
			<td>G2182101</td>
			<td>Research Grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SF6</td>
			<td>Matheson</td>
			<td>G2658922</td>
			<td>Ultra high purity (grade 4.7)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blue Medium Tack Roll</td>
			<td>Semiconductor Equipment Corporation</td>
			<td>18074</td>
			<td>Thickness 75 um / .003&#8221;&#160; Length 200 M / 660&#8217;&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

atomically traceable nanostructure fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

Burada tarif edilen durumda, HDL çok modlu litografi kullanılarak gerçekleştirilir. 24 FE modunda, 8 V Örnek önyargı, 1 nA ve (50 nm / sn uç hızı eşdeğer) 0.2 mC / cm ile gerçekleştirildi, ucu üzerinde hareket eden depassivation çizgilerini üretmek Si kafes paralel ya da dik ya da yüzey. Bu olarak doğrusal Burada durumda, çok uç bağımlı iken, hatların tamamen depassivated kısmı çizgisinin her iki tarafında başka bir 2 nm olarak uzanan kısmi bir depassivation kuyrukları ile geni...

Watch this Scientific Journal Video about Atomically Traceable Nanostructure Fabrication at JoVE.com

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

Atomik İzlenebilir Nanoyapı İmalatı

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

atomically-traceable-nanostructure-fabrication

Research

JoVE Journal

Engineering

8.6K Görüntüleme.  Zyvex Labs. We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated. 