Материал: Специальные вопросы микро- и нанотехнологий. Стогней О.В., Трегубов И.М

нием точности совмещения, поддержания зазоров в оптической литографии, разработке новых материалов резистных масок, обеспечение чистоты материалов от микровключений и т.д. (рис. 7.1.).

Рис. 7.1. Прогнозируемое повышение разрешающей способности литографических методов и анализ степени готовности технологии. Принятые сокращения: ЭПЛ – Электронная проекционная литография; БМЛ – безмасочные методы литографии; ГУФ – литография глубокого ультрафиолетового диапазона

Учитывая количество нерешенных проблем литографии, интеграция наноэлементов в современные интегральные схе-

90

мы возможна только при использовании ансамблей идентичных наноэлемектов. Это требование вызвано тем, что величины тока индивидуального наноэлемента недостаточно для безошибочной передачи сигнала традиционного транзистора. Поэтому интерес представляют коллективные свойства массивов наноструктур.

Коллективное поведение является более сложным с точки зрения функционирования, но более простым для исследования. Ярким примером эффективной реализации коллективных свойств является поведение колоний одноклеточных организмов, взаимосвязи между которыми обеспечивают сложную стратегию выживания колонии. Аналогичным примером более высокого уровня организации нанообъектов является поведение отдельных нейронов и их взаимодействие в составе человеческого мозга при реализации сложных информационных функций.

В фотонике наиболее ярким примером коллективных эффектов является образование так называемой фотонной запрещенной зоны в периодических одно–, дву– и трехмерных структурах. Коллективные эффекты могут быть также использованы в различного типа электронных и магнитных наноструктурах. Реализация коллективных эффектов требует создания 2D- и 3Dнаноструктур на достаточно большой площади, что ограничивается возможностями литографии.

7.1. Литографические методы формирования поверхностных периодических наноструктур

Обычно поверхностные периодические структуры получают методами наноимпринтинга, лазерной интерференционной литографией, фотолитографией глубокого ультрафиолета или электронолитографией. В настоящее время наноимпринтинг в комбинации с интерференционной литографией является наиболее широко применяемыми при создании периодических

91

структур. Эти методы обеспечивают формирование одномерных решеток, а также массивов точек с треугольной и квадратной симметрией. Для этого используют экспонирование интерференционной картины, получаемой суперпозицией двух, трех и четы рех лучей (см. рис. 4.13 в соответствующем разделе).

Период получаемых решеток задается соотношением длины волны излучения, углом падения лучей и углом между падающими лучами. Эта взаимосвязь задается следующим выражением:

Суперпозиция трех лучей обеспечивает формирование максимумов интенсивности расположенных в узлах треугольной решетки. Минимальное расстояние между максимумами определяется соотношением

Квадратная решетка обеспечивается интерференцией четырех лучей. Период структуры определяется условием

Полученные изображения используют для создания твердого штампа, с помощью которого в дальнейшем формируют рельеф в термопластичных материалах (см. раздел 4.5). Разработанные к настоящему времени методы импринтинга обеспечивают формирование структур размером 20 – 100 нм.

Эти методы остаются дорогостоящими. Поэтому в настоящее время активно развиваются методы, основанные на использовании самоорганизации и самоформирования, которые называют нелитографическими методами.

92

7.2. Нелитографические методы создания периодических структур

Нелитографические методы создания периодических структур наиболее часто основаны на применении нанопористых материалов в качестве матриц для осаждения либо технологических масок для травления, легирования и т.д.

Поверхностные структуры, свойства которых периодически изменяются в одном или нескольких направлениях, находят широкое применение при создании новых приборов и устройств. В зависимости от периода такие структуры позволяют создавать интерференционные и отражающие устройства, активные в различных областях спектра. Основные области применения таких структур – это антиотражаюшие покрытия, поляризаторы, резонансные фильтры. В отличие от многослойных структур, поверхностные периодические структуры (ППС) являются более стабильными к внешним воздействиям, так как не имеют большого числа границ раздела.

7.2.1. Самоорганизующиеся упорядоченные пористые материалы

Среди самоорганизующихся материалов для создания ППС широко применяют пористые материалы. При этом они могут самостоятельно выполнять роль ППС либо являются технологическими масками для последующего формирования ППС. Наибольшее применение в нанотехнологии нашли пористый кремний и другие пористые полупроводники, пористый анодный оксид алюминия, трековые мембраны, синтетические опалы и ряд органических пленок, которые представляют собой массивы плотно расположенных сферических макромолекул. В таблице 1 представлены основные характеристики перечисленных материалов.

Трековые мембраны представляют собой пленки поликарбоната, полистирола или слюды, подвергнутые бомбардировке

93

высокоэнергетичными ионами. Толщина таких пленок составляет 6–20 мкм. Образующиеся на пути движения иона треки структурных нарушений имеют высокую химическую активность и легко вытраливаются, образуя направленные поры малого (менее 10 нм) диаметра. Размеры пор могут быть дополнительно увеличены ионным травлением. Максимально достижимая плотность пор в трековых мембранах не превышает 109 пор/ см2. Мембраны в настоящее время выпускаются рядом фирм (Nuclepore, Poretics, Cyclopore, Osmonics, Millipore) и

применяются в качестве фильтров тонкой очистки.

Таблица 1 Основные характеристики поричтых материалов, применяемых в нанотехнологии в качестве матриц и технологических масок для

формирования наноструктур

Синтетический опал представляет собой массив плотноупакованных сферических частиц SiO2 (рис. 7.3). Материал получают преципитацией монодисперсных частиц оксида из золя. После термической обработки происходит спекание частиц в одном слое и между слоями. Благодаря тому, что между частицами остаются регулярные субмикронные поры, синтетические опалы обладают фотонной запрещенной зоной, могут

94