打印有序纳米结构和自组装

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1、有序纳米结构张晓声重庆大学材料学院zxscqu@yahoo.com.cn关于有序纳米结构有序纳米结构：是指由零维、一维纳米材料构筑的，在长程范围内具有一定排布规律，有序稳定的纳米结构一直以来，科学家都梦想对纳米材料的可控制备，有序纳米结构的出现，实现了这个梦想。因为它更强调按照人们的意愿设计、组装、开发纳米材料因此，有序纳米结构组装体系是今后纳米材料合成研究的主导领域，是将纳米材料走向器件应用的关键一步分类纳米尺度的加工技术有两类：“自上而下”方式(Top-down)用光线或电子束等削除大片材料，从而留下所需要的微细图形结构，主要用于制

2、造存储器和CPU等半导体器件，如纳米刻蚀技术。“自下而上”方式(Bottom-up)用人工手段把原子或分子一层一层淀积来，形成新的晶体结构，从而造出新的物质或者新的器件，如自组装方法。主要内容纳米刻蚀技术1自组装技术2自下而上和自上而下相结合制备有序纳米结构有序纳米结构的应用4纳米刻蚀技术是一种微细加工技术它的发展将加工精度从微米级提高到纳米级。纳米级加工是将待加工器件表面的纳米结构单元、甚至是原子或分子作为直接的加工对象，因此，其物理实质就是实现原子和分子的去除和增添纳米加工的发展为各种新颖的电子学、光学、磁学、力学纳米功能器件的开发

3、提供了广阔前景1、纳米刻蚀技术纳米刻蚀技术极紫外光刻（EUVL）X射线光刻（XRL）电子束刻蚀（EBL）离子束刻蚀（IBL）纳米压印技术（NIL）其它纳米刻蚀技术纳米掩膜刻蚀技术基于扫描探针显微镜的纳米刻蚀技术蘸笔纳米印刷术极紫外光刻（EUVL）和X射线光刻（XRL）ExtremeUltravoiletLithography,EUVL;X-RayLithography,XRL传统光刻工艺中的一些基本概念光刻：利用光致抗蚀剂的光敏性和抗蚀性，配合光掩膜板对光透射的选择性，使用光学和化学的方法完成特定区域刻蚀的过程光致刻蚀剂：简称光刻胶或抗

4、蚀剂，是一种光照后可改变抗蚀能力的高分子化合物。区分为正、负抗蚀剂两种正抗蚀剂：紫外光照后，曝光区域在显影液中变得可溶负抗蚀剂：光照后，曝光区域在显影液中变得不可溶光掩膜板：俗称光掩膜或光刻板，是指在光照时覆盖于光刻胶膜上，除特定区域外均对光有掩蔽作用的图样光刻技术主要包括图形复印和定域刻蚀两个方面。图形复印经曝光系统将预制在掩模板上的器件或电路图形按所要求的位置，精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致抗蚀剂薄层上。光通过光掩模板透射到光致抗蚀剂上，通过改变抗蚀剂的化学性质和溶解性，在基片上印上一定图样的电路。即用普通光学手段将模板上

5、的图形透射到抗蚀剂层(曝光工序)，经显影在曝光区(对于正抗蚀剂)或未曝光区(对于负抗蚀剂)便能留下干净的半导体表面，流程图见图5-2。传统光刻工艺过程—定域刻蚀定域刻蚀：利用化学或物理方法，将光刻胶薄层未掩蔽的晶片表面或介质层除去，从而在晶片表面或介质层上获得与光刻胶薄层图形完全一致的图形。复印好的图形腐蚀继续腐蚀沉积剥离剥离传统光刻工艺中的定域刻蚀过程示意图介质层抗蚀剂衬底沉积物分辨率和焦深在光刻技术中，对成像质量的评价有2个重要指标：分辨率：即能分辨的最小线宽，线宽越小，分辨率越高。分辨率决定了芯片上单个器件的最小尺寸焦深：即能够刻

6、出最小线宽时，像面偏离理想脚面的范围。焦深越大，对图形制作越有利瑞利定律根据瑞利定律减小波长、增加数值孔径、减小k1和k2是等都可以提高光刻的分辨率，其中减小波长是提高光刻分辨率的主要手段曝光系统的极限分辨率为λ/2，即半波长。因此，波长为193nm的光源（ArF激光器）分辨率可达100nm；157nm的光源（F2激光器）可达80nm为制备更小尺寸的微结构，人们对光源不断改进，即出现了极紫外光刻技术(EUVL)和X射线光刻技术（XRL）极紫外光刻技术(EUVL)用波长范围为11~14nm的光，经过周期性多层膜反射镜，照射到反射掩模上，反

7、射出的EUV光再经过投影系统，将掩模图形形成在硅片的光刻胶上(图5-4)。极紫外光刻技术极紫外光的波长可达11～14nm，采用Si和Mo组成的多层膜作为掩模板，可实现理论分辨率为7nm的光刻EUVL光刻实例X射线光刻技术X射线的波长更短，通常采用0.4～1.4nm的X射线。XRL光刻实例电子束刻蚀（EBL）和离子束刻蚀（IBL）电子束刻蚀和离子束刻蚀在光学光刻技术中，由于极紫外线很容易被各种材料所吸收，继续缩短波长很难找到制作光学系统和掩模板的材料，这使得光学光刻在技术上遇到了难以跨越的困难而带电粒子束（电子和离子）刻蚀，则具有无须掩模

8、、波长更短以及用电磁透镜聚焦的优点这使得人们将目标从光学光刻转到了电子束或粒子束刻蚀上电子束刻蚀电子束的辐射波长则可通过增大能量来大大缩短其中λ为波长，h为普朗克常数，m0为电子质量，c电子的运动速度因此电