Nanoelektronik'lerde Precise Graphene Desening için Gelişmiş Üretim Teknikleri

Graphene Kalıplarının Genel Bakışları

Bu nedenle, çelikten gelen 200 kat daha iyi performans gösteren nanoelektronikler için bir asırlı aday, ancak bu laboratuvar ölçekli özellikleri, nano ölçekli sistemlerdeki sabit, yanlış olmayan modeller oluşturmak için kritik bir şekilde kısıtlar.Bu nedenle, çelik ile vaat eden 200 kat daha iyileştirici malzemelerle mücadeleler yapmak - bir sonraki nesil nanoelektronik için birincil bir adaydır.

Hassasiyet modellemesi üç temel zorlukla ele alınmalıdır: Tek bir cihazdaki hataların tamamını doğrudan yazmada, kendi kendine özgü yaklaşımların düşük hata yoğunluğu ile sub-10-nm çözünürlüğünün özellikle de zorlandığı, grafik tabanlı bir işlemcinin, doğrulanmış tüm hataların üstesinden gelebileceği şekilde azaltılabilir.

Graphene Kalıplarında Anahtar Teknikler

Her yöntem hedef uygulamaya bağlı olarak farklı avantajlar sunar. Aşağıdaki teknikler, mevcut elektron-beam lithography'den yenilikçi blok kopolimer öz-assembly ve lazer ablation yöntemlerine kadar bu yaklaşımları bireysel sınırlamaların üstesinden gelmeye devam eder.

Elektron Beam Lithography (EBL)

EBL, nano ölçekli grafiklere yönelik altın standardı olmaya devam ediyor. Bir odaklanmış elektron kirişi (tipik olarak 1-100 keV) Bir polimere karşı taramalar - yaklaşık PMMA (poly Methacrylate) - polimerin bir maske oluşturmak için bağlantı veya şişkinlik içinde montajı.

Ancak, EBL düşük devirden muzdariptir, çünkü her bir pikselli olarak yayınlanır. Tüm 4 inçlik bir yük taşıma süresini azaltır, PMMA katmanlarını kullanarak pratikleri içerir. ek olarak, yüksek enerjili elektron üretimi doğrudan veya ikincil elektron üretimi ile ilgili olarak, bazı gruplar "fayda" EBL'leri% 40'a kadar hızlanan yüksek çözünürlükte kullanarak en iyi şekilde optimize eder.

Block Copolimer Self-Assembly

Blok kopolimer (BCP) litografi, iki nomiscible polimer bloklarının mikrofaydan ayrılmasını kullanır - örneğin, polistyrene-block-politil methacrylate (PS-b-PMMA) - bir bloktan sonra bir süre nano ölçekli desenler üretmek için, 5-10 nm. termal veya çözücü ekleme yoluyla, BCP formları alanlar (siklinerler, lamellae veya alanlar) sipariş etti.

Anahtar avantajı ölçeklenebilir ve maliyet-malitedir. Çünkü BCP kendini-birliği dış yazıdan ziyade termodinamiklere dayanır, BCP'yi mükemmel bir şekilde hizalanmış dizilere yönlendirebilir; DSA, tahıl sınırları ve çizgi romancılığı gibi kusurların yaygın olarak düşük kenardaki üstografik veya kimyasal önmerik alanlarla ilgili olarak - yaklaşık 1-tabloklara kılavuzluk / 10-davılışlı dizilere kadar-seçmiş olması gerekir.

Başka bir sınırlama model geometridir: BCP doğal olarak sadece basit lattices (square, hexagonal) ve şekiller (kesinler, yüzükler) Komplek devre yapıları, ekspektif lithografi ile birden çok desenli adım veya kombinasyon gerektirir. Bununla birlikte, BCP kendi kendine benzeyen bir şekilde, grafikte nanoelektronikler için standart bir araç haline gelebilir.

Lazer Ablation ve Doğrudan Yazı

Lazer tabanlı bir model, maskesiz, temassız ve grafik dışı alanlarda hızlı bir yöntem sunar. Kısa odaklı lazerler (gençeğen to nanosaniyeye kadar) grafiklere, enerji absorpsiyonu yerelleştirilmiş ısıtma ve altlimasyona neden olur. Bu “öpek-remove” işlemi özellikle de ısıtılabilir alanlar için minimum hasarlar, lazer parametrelerini (yoğun, fluence, pulbiy süresi, tekrarlama hızı) dikkatlice kontrol edilir.

Son zamanlarda yapılan çalışmalar, lazer destekli grafiklere sahip cihazlara 200 nm'ye kadar değer kazandırmıştır, çünkü lazer odak noktası büyüklüğü ile sınırlıdır. Yakındaki optik problar ve plazmik lensler, 50 nm'nin altında karar verebilir, ancak rulo-roll işleme maliyeti ile birleştirilebilir, çünkü yüksek çözünürlükte aşınmaya ve lazer destekli sensörler ve PDMS gibi yumuşak yüzeylerde kalıp grafiksel olarak kullanılabilir.

“Çalışılmış ileri transfer” (LIFT) adı verilen bir değişken, önceden belirlenmiş grafiklere doğrudan hedef substratlara, posta kovalama rez kalıntılarına, bu arada, “yönemli lazer yazı” grafikte (GO) çözünürlüğünü azaltıp, grafikte oksit (rGO) aynı anda tanımlanmamış grafiklere uygun olarak yük devre dışı bırakmak için güçlü bir araç haline getirir.Bu arada, lazer kalıbına uygun olarak, lazer kalıbına uymaya devam etmek için lazer yazmaz.

Plazma Sert ve Yumuşak Maskelerle Etching

Plazma etching, genellikle oksijen veya argon plazmaları kullanıyor, grafikte standart bir çıkarma yöntemidir.Kemal desenler elde etmek için, bir vsh maskesi, SiO2, Al2O3 veya hidrojen silsquioxane (HSQ) gibi sert maskeler, uzun süreli plazma maruz kalma ile karşılaştırıldığında daha basittir.

Son gelişmeler, düşük enerjili patlamaların tam olarak bir atom tabakasının çıkarılmasını sağlar (ALET) ve Dl2 monokatli bir parmak izi ile birlikte, yüksek çözünürlükte bir şekilde kullanılır.Bu kontrol seviyesi, grafik nanobon transistörlüğün sabit bir şekilde kullanılmasına olanak sağlar.

Nanoimprint Lithography (NIL)

Nanoimprint lithography, yüksek hacimli, 10 nm'ye kadar yüksek maliyetli bir yaklaşım sunuyor, ki, EBL tarafından tanımlanan veya lazer embosss ile bir araya getirilir.Ingraphic, NIL, O2 plazma tarafından kaldırıldı ve altta grafik olarak kullanılabilir. NIL, mikro-ringer ve elektrotlar tarafından tanımlanamayan özelliklerle döşenmiştir.

Anahtar zorluklar damga aşınma, yüksek riskli-düşme noktalarında çökmüş ve grafikte konsensiyonel temasa karşı direnir, “baharsız” NIL, perfluorinated silane anti-sticking katmanları kullanarak, PDMS pulları ile şarj edilebilirlik düşük maliyetli ve ticari grafikler için adaylık sağlarken, teknikleri plansız yüzeylere ve açmaz.

Gelişen Teknolojiler ve Gelecek Yollar

Her zaman küçük, daha güvenilir grafiklere sahip olan sürücüler yeni bir hibrit ve hesaplama yöntemleri ortaya çıkardılar. Bu yaklaşımlar, zayıflıklarını azaltmak için mevcut tekniklerin güçlülerini bir araya getirmeyi amaçlıyor. Aşağıda grafiklerene desenlerini zorluyoruz.

Plasmonik-Assisted Lithography

Plasmonik lithografi yüzey plazmzlerini kullanır - elektro osilasyonları metal-dielektrik arabirimleri - bir fotoresist (e.g., SU-8 veya PMMA) tasarlayarak, bitişik grafikler, EBL'nin üzerindeki avantajı paralel olarak elde edilir: Bir fotoresist (örneğin, SU-8 veya PMMA) ile bir araya geldiğinde, eksiyonel bir şekilde genişletilebilir ve eter.

UC Berkeley'deki son çalışma, 30-nm- çapında grafiken nanobons'u 1 cm2 alandaki bir hata yoğunluğu ile 0.1 per μm2. tekniğin altında, esnek substratlar ve çevre koşulları ile de uyumludur, özellikle de iki-fotonik empozeme veya hasara karşı çözüm önerileri içerir.

Atom Katmanı Deposition (ALD)- Temel Desen

ALD genellikle ince film büyümesi için kullanılır, ancak yaratıcı bir bükülme, yalnızca bu aktifleştirilmiş sitelerde, daha sonraki bir grafikte oksijen plazmasına maruz kalan bir maske oluşturmak için ALD'yı kullanır.Bu “al-selective ALD” sadece hatalı bölgelerden sonra, Al2O3 veya HfO2 depozito metal oksitin bir şekilde sabitlenmiş bölgelerin düzeltilmesi ile desenleri ortaya çıkarabilir.

Alternatif bir yaklaşım, ALD'yı bir çuvallama katmanına (örneğin, 1-2 nm Al2O3 üniformalı grafikte, o zaman EBL veya nanoimprint ile bu tabakayı grafiksel olarak transfer etmek için kullanılır ve diğer tekniklerle ALD'nin entegrasyonu son derece ince ve uygun bir şekilde geliştirilir ve kontraksiyona karşı bir bariyer olarak hareket eder. Araştırmacılar bu yöntemi kullanarak grafiksel transistörleri 20 nm ve düşük temasa geçirirler.

Makine Öğrenme-Driven Process Optimizasyon

Grafiksel desenleme karmaşıklığı - çok değişken (resist kalınlık, fırınlama sıcaklığı, maruz kalma zamanı, plazma güç, gaz akışı) non-lineer etkileşimleri ile - çok sayıda deneme-ve-terör optimizasyonu, özellikle Bayesian optimizasyon ve sinir ağları, tarihsel verilerden süreci tahmin edebilir ve hataları en aza indirmek için kullanılan parametreyi önerebilir.Son çalışmalar, ML-up katlerasyonunu azaltır.

Başka bir uygulama kendini bir araya getirendir: ML algoritmaları, 103 μm2'nin altında 1'in altında hataları azaltan ve iyileştirmeyi sağlayan bir konvolual sinir ağı kullanarak, DSA modellerinin SEM görüntülerini analiz etmek için bir araya gelen bir ekip olarak, 103 μm2'nin altındaki 1'in altındaki hataları azaltan hataları azaltabilecektir.

Hibrit Yaklaşımlar: Doğrudan Yaz ve Kendi-Assembly

Tek bir teknik şu anda tüm gereksinimleri karar, dosya ve malzeme koruması için satisfies. Sonuç olarak, birden çok tekniğin en iyi özelliklerini entegre eden hibrid yöntemler traksiyon kazanıyor. Örneğin, iki aşamalı bir süreç, DSA'yı normal bir dizi nano ölçekli özellik oluşturmak için kullanabilir veya bağlantı kurmak için özel kesintiler yaratabilir (örneğin, bir maskede poreler), deseni grafike transfer etmek için seçici plazma etching. DSA, düşük maliyetle büyük bir üniforma sağlarken, daha sonraki EBL adımını otomatik olarak otomatik olarak otomatikleştirebilir.

Bir diğer hibrit strateji ince metal film (örneğin, 1-3 nm of Ti veya Au) grafikte, sonra lazer kız kardeşi tarafından metali şekillendirir. sonraki O2 plazma etching sırasında, geri dönüşümlü metal maskesini devralan grafiklere sahiptir.Bu yöntem, lazer destekli metal maskesin lazerten daha düşük maliyetlidir.

Nanoelektronik'larda uygulamalar

Yukarıda açıklanan desen teknikleri, yeni bir grafikene tabanlı cihazlar sağlar. Anahtar uygulama alanları şunları içerir:

Her uygulama, model çözünürlüğü, kenar kalitesi ve ölçeklenebilirlik konusunda farklı talepler yer almaktadır. Örneğin, mantık transistörleri atomik olarak pürüzsüz kenarlarla alt-10-nm özellikleri gerektirir, esnek sensörler daha yüksek kusurları ile mikron ölçekli özellikleri tolere edebilir.

Future Outlook ve Sonuç

Grafiksel modelleme araştırma noktalarının her zaman çok sayıda teknoloji için çok sayıdaki entegrasyonuna doğru yol açıyoruz. Daha fazla soruşturma gerektiren alanlar, metal kalıntılarının sert maskelerden, grafikene'nin lattice'yi koruyan reaktif stratejiklerin geliştirilmesini ve büyüme substratlarından (Cu, SiC) hedef almak için ölçeklenebilir yöntemler geliştirmelerini öngörüyor.

Akademik gruplar ve endüstriyel bulgular arasında işbirliği zaten meyve taşıyor: Nano Mektuplar gibi şirketler 5-nm kanal uzunluğu ile dikey GNR transistörleri gösterdiler, DSA ve ALET kullanılarak hata seviyeleri kabul edilebilir bir ürün kategorisine sahip.Bu arada, [[DSAD'da örüntüleyici bir araştırma[DSAT 1: 1 ), bu, fiziksel bir grafiksel yol için doğru bir şekilde doğrulanmış bir grafiksel yol değil.

Özet olarak, gelişmiş üretim teknikleri –lekron kiriş lithografi, blok kopolimer öz-assembly, lazer ablation, plazma ve atomik hassas, nanoimprint ve ortaya çıkan plasmonik /ML-assisted yöntemleri -her şey daha hızlı, daha küçük modelleme aracı kutusu için eşsiz yeteneklere katkıda bulunur. Hedef uygulamanın çözünürlükte, plazma ve substrat kısıtlamalarına bağlıdır.