SEM中电子束诱导的金属纳米线直写方法研究
发布时间：2020-10-28 02:39
发展纳米技术、抢占发展先机,不仅是我国提升国家高端制造业核心竞争力的重要手段,也是促进我国工业转型升级,迈向制造强国的必要途径。而纳米制造技术在纳米技术中占有重要地位,近年来引起了广泛的关注并得到了快速的发展。但是,目前在纳米制造领域内并没有成熟的纳米互连加工技术。纳米互连技术对发展纳米集成电路和纳米电子器件具有重要的意义。以扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)为基础的电子束加工技术,是一种简单、高效、精密的纳米制造方法。作为电子束在纳观尺度下的新应用技术,电子束诱导金属纳米线直写技术具有精度高、直接书写、可控性好等特点,能够实现多种金属纳米线直写,进而实现图案化直写,为制造出高精度和高性能的纳米电子器件以及纳米集成电路提供了一种新的解决方法,并在纳米集成电路、纳米互连领域等方面有着非常广阔的应用前景。本文提出了一种采用电子束诱导直写的技术将金属纳米线直写出来。在此基础上,通过第三方软件实现了电子束诱导金属纳米线的自动化直写的纳米技术。本文主要研究内容如下:(1)研究电子束与金属纳米颗粒的能量作用机理,建立电子束热场分布模型,分析电子束直写过程中微观力相互作用,为本文奠定了坚实的理论基础。首先,基于扫描电子显微镜的工作原理分析了电子束能量与金属纳米颗粒能量传递的过程。其次,基于波函数统计解释以及中心极限定理对电子束的热场分布进行了数学解释,建立了电子束的热场分布数学模型。当实验条件为:加速电压U=20k V,电子束电流I=49.5μA,工作距离WD=4.3mm,金属纳米颗粒表面电子束能量密度的理论值为qs=3.7×105W/μm2,达到了电子束诱导金属纳米线直写的有效能量密度。最后分析了在电子束诱导金属纳米线的直写过程中,电子束对金属纳米颗粒的静电力、金属纳米线与基底之间的粘着力以及金属纳米线的表面张力的相互作用并建立了力学模型。(2)基于超声分散的原理,对分散金属纳米颗粒的工艺参数进行研究并通过实验论证,优化了超声分散的实验参数,减少了金属纳米颗粒的团聚,获得较好的金属纳米颗粒分散结果,为电子束诱导金属纳米线直写提供原材料。(3)对Ag、Cu、Au、Al、Pt、Pd六种金属在不同电子束诱导时间进行金属纳米线直写,并对每种金属进行10组重复直写实验,实验的统计结果表明:在1~5min的时间内,Ag纳米线的长度为121~1136nm、Cu纳米线的长度为67~1025nm、Au纳米线的长度为93~902nm、Al纳米线的长度为153~1328nm、Pt纳米线的长度为57~1140nm、Pd纳米线的长度为137~859nm。通过分析电子束诱导时间与金属纳米线长度的关系,得到了电子束诱导时间与同种金属纳米线长度呈正相关。在实现金属纳米线直写的基础上,进一步进行了简单图案化的Au纳米线直写实验,直写出了总长度为1459nm的“L”型Au纳米线和总长度为1880nm的“口”型Au纳米线。最后通过原子力显微镜对直写出的短线型、长线型、“L”型、“”型Ag纳米线进行三维形貌检测。实验结果表明,相同的实验条件下,电子束直写的Ag纳米线具备良好的均一性。(4)以Micro Visual Studio为开发环境,通过编写软件实现了电子束诱导直线型和圆弧型的Ag纳米线自动化直写。并通过逐点比较插补的算法,削弱了纳米操作平台振动和扫描电子显微镜成像漂移对电子束运动路径的影响,减小了纳米线与预定轨迹的误差,优化了自动化直写实验结果,实现了平面内0~360°任意方向的Ag纳米线直写和半径为207nm的Ag纳米圆弧直写。
【学位单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1
【部分图文】：
“纳米之父”理查德 费因曼(R．P．Feynman)在 1959 年的演讲“Therof Room at the Bottom”中，最早提出纳米尺度上科学和技术问题[1],从此，米时代。目前，纳米技术已经成为推动 21 世纪人类社会节能降耗、绿色环便捷和健康生活方向发展的重要科学技术。随着纳米技术的快速发展以及对集成电路和微电子器件尺寸微型化、功需求的增加，制造结构更复杂、组件更微小的纳米电路和纳米器件是未来的技术发展的核心和基础[2-6]。根据《2015 International Technology RoaSemiconductors》的估计，到 2025 年，许多器件的物理特征尺寸将有望跨过关[7]。美国高通公司在 2017 年推出首款采用三星 10 纳米 FinFET 制作工艺舰处理器——骁龙 835 芯片（如图 1-1 所示）[8]。同年，美国苹果公司发布了纳米制造工艺的手机芯片——A11 仿生芯片。得益于新工艺，A11 仿生芯片积为 125mm2的芯片上集成了 43 亿个晶体管（如图 1-2 所示）[9]。显而易见集成电路发展已经从微电子技术时代进入了纳米集成电路时代[10-12]。
“纳米之父”理查德 费因曼(R．P．Feynman)在 1959 年的演讲“Therof Room at the Bottom”中，最早提出纳米尺度上科学和技术问题[1],从此，米时代。目前，纳米技术已经成为推动 21 世纪人类社会节能降耗、绿色环便捷和健康生活方向发展的重要科学技术。随着纳米技术的快速发展以及对集成电路和微电子器件尺寸微型化、功需求的增加，制造结构更复杂、组件更微小的纳米电路和纳米器件是未来的技术发展的核心和基础[2-6]。根据《2015 International Technology RoaSemiconductors》的估计，到 2025 年，许多器件的物理特征尺寸将有望跨过关[7]。美国高通公司在 2017 年推出首款采用三星 10 纳米 FinFET 制作工艺舰处理器——骁龙 835 芯片（如图 1-1 所示）[8]。同年，美国苹果公司发布了纳米制造工艺的手机芯片——A11 仿生芯片。得益于新工艺，A11 仿生芯片积为 125mm2的芯片上集成了 43 亿个晶体管（如图 1-2 所示）[9]。显而易见集成电路发展已经从微电子技术时代进入了纳米集成电路时代[10-12]。
M 中电子束诱导的金属纳米线直写方法研究 第一章 绪纳米线的方法主要分为化学法和物理法，纳米互连技术主要依靠激光、电子束等实现分立的纳米颗粒、纳米管线和纳米薄膜之间，或它们与其他非纳米尺度材料的可靠连接。1.2.1 金属纳米线的制备方法金属纳米线常见的制备方法可以分为“自下而上”和“自上而下”。“自下而上电化学沉积——模板法、外场诱导法、诱导气相沉积法、气相蒸发冷凝法; “自下”有软模板法、蚀刻法、气相热化学还原法、自组装法。韩国釜山大学纳米能源工程系的 Hyung-Kook Kim 课题组[23]使用电化学沉积模板法，在 FTO 玻璃基板上制备异质结构的 CuO/ZnO 纳米线光电极。如图 1-3
【参考文献】
本文编号：2859448
【学位单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1
【部分图文】：
“纳米之父”理查德 费因曼(R．P．Feynman)在 1959 年的演讲“Therof Room at the Bottom”中，最早提出纳米尺度上科学和技术问题[1],从此，米时代。目前，纳米技术已经成为推动 21 世纪人类社会节能降耗、绿色环便捷和健康生活方向发展的重要科学技术。随着纳米技术的快速发展以及对集成电路和微电子器件尺寸微型化、功需求的增加，制造结构更复杂、组件更微小的纳米电路和纳米器件是未来的技术发展的核心和基础[2-6]。根据《2015 International Technology RoaSemiconductors》的估计，到 2025 年，许多器件的物理特征尺寸将有望跨过关[7]。美国高通公司在 2017 年推出首款采用三星 10 纳米 FinFET 制作工艺舰处理器——骁龙 835 芯片（如图 1-1 所示）[8]。同年，美国苹果公司发布了纳米制造工艺的手机芯片——A11 仿生芯片。得益于新工艺，A11 仿生芯片积为 125mm2的芯片上集成了 43 亿个晶体管（如图 1-2 所示）[9]。显而易见集成电路发展已经从微电子技术时代进入了纳米集成电路时代[10-12]。
“纳米之父”理查德 费因曼(R．P．Feynman)在 1959 年的演讲“Therof Room at the Bottom”中，最早提出纳米尺度上科学和技术问题[1],从此，米时代。目前，纳米技术已经成为推动 21 世纪人类社会节能降耗、绿色环便捷和健康生活方向发展的重要科学技术。随着纳米技术的快速发展以及对集成电路和微电子器件尺寸微型化、功需求的增加，制造结构更复杂、组件更微小的纳米电路和纳米器件是未来的技术发展的核心和基础[2-6]。根据《2015 International Technology RoaSemiconductors》的估计，到 2025 年，许多器件的物理特征尺寸将有望跨过关[7]。美国高通公司在 2017 年推出首款采用三星 10 纳米 FinFET 制作工艺舰处理器——骁龙 835 芯片（如图 1-1 所示）[8]。同年，美国苹果公司发布了纳米制造工艺的手机芯片——A11 仿生芯片。得益于新工艺，A11 仿生芯片积为 125mm2的芯片上集成了 43 亿个晶体管（如图 1-2 所示）[9]。显而易见集成电路发展已经从微电子技术时代进入了纳米集成电路时代[10-12]。
M 中电子束诱导的金属纳米线直写方法研究 第一章 绪纳米线的方法主要分为化学法和物理法，纳米互连技术主要依靠激光、电子束等实现分立的纳米颗粒、纳米管线和纳米薄膜之间，或它们与其他非纳米尺度材料的可靠连接。1.2.1 金属纳米线的制备方法金属纳米线常见的制备方法可以分为“自下而上”和“自上而下”。“自下而上电化学沉积——模板法、外场诱导法、诱导气相沉积法、气相蒸发冷凝法; “自下”有软模板法、蚀刻法、气相热化学还原法、自组装法。韩国釜山大学纳米能源工程系的 Hyung-Kook Kim 课题组[23]使用电化学沉积模板法，在 FTO 玻璃基板上制备异质结构的 CuO/ZnO 纳米线光电极。如图 1-3
【参考文献】
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本文编号：2859448
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