Fabricação de nanoestruturas(Parte III)

Prof. Dr. Antonio Carlos SeabraDep. Eng. de Sistemas Eletrônicos

Escola Politécnica da USPacseabra@lsi.usp.br

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Hoje

CAD

Máscara(s)

LitografiaÓptica

Litografiapor Raios-X

Escrita Direta Nanocarimbos

Nanotecnologia

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Nanoimpressão (nanocarimbos)

Nanoimpressão é um tipo de impressão por contato onde as geometrias são geradas por deformação/transformação física ao invés de reações fotoquímicas

Potencial

Produtividade

Resolução

Dificuldades

Defeitos

Pouca capacidade de alinhamento

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Nanoimpressão por Microcontato (CP)

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Litografia por Nanoimpressão (NIL)

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Resultados por Nanoimpressão (NIL)

Linhas de 50nm Estruturas 3D

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Litografia de Impressão por Passo e Flash (SFIL)

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Nanoimpressão (SFIL)SFIL (Resnick, 2003)

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As três Técnicas Principais de Nanoimpressão

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Litografia por Varredura de Sonda

AFM, STM• Arraste

• Pinçagem

(Eigler, 1990)

• Exposição

• Dip-pen(Mirkin, 1999)

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Fabricação de nanoestruturas

Nanolitografia

Nanocorrosão

Nanodeposição

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Corrosão

E depois da litografia?

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Taxa de Corrosão e Uniformidade

Taxa de Corrosão• Filme• Resiste• Substrato

nm/sµm/s

Txmax — Txmin

Txmax + Txmin(%)Txmin

Txmin

Separadas de ½ lâmina

Uniformidade

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Anisotropia

Tx hor

TxvertA = 1 —

Tver

T ver

T hor

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Anisotropia

FET tecnologia 65nmTver

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Seletividade e Sobrecorrosão (overetching)

Seletividade• Filme/Resiste (Tx filme / Tx resiste ~ 4 : 1)• Filme/Substrato (Tx filme / Tx substrato ~4 : 1)

Sobrecorrosão• 30% ~ 50% a mais de tempo de corrosão do que o tempo

médio

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Tipos de Corrosão

Corrosão Úmida• Bancadas Químicas ou Spray

Corrosão Seca• Plasma

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Corrosão Úmida

Isotrópica ou Anisotrópica

Tensão Superficial

Consumo de Reagentes

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Corrosão Úmida

Silício: HNO3 ou HF (isotrópica)

KOH + IPA (anisotrópica)

Dióxido de Silício:HF diluído (BHF)

taxa depende do tipo de SiO2

Nitreto de Silício: H3PO4 conc. a 180°C

Alumínio:

80% fosf. + 5% nit. +5% acet. + 10% água

(45 °C, 10%–50% sobrecorrosão)

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Corrosão a Seco

Direcional (Anisotrópica)

Utiliza poucos insumos

Permite acompanhamento da evolução

Cara e complexa

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Corrosão a Seco

Resultados (saída)• Taxa• Seletividade• Grau de Anisotropia• Uniformidade

Gás / Fluxo

Potência

Vácuo

Lâminas

Eletrodo

Parâmetros (entrada)• Pressão (vácuo)• Fluxo• Potência• Tipo de Gás

Plasma

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Processo de Corrosão a Seco

Plasma

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Reações Químicas (competição)

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Gases de Processo

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O Efeito da Polarização DC

Plasma0

neg.VDC

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Litografia para Nanotecnologia

CAD

Máscara(s)

LitografiaÓptica

Escrita Direta Nanocarimbos

Nanotecnologia

Litografiapor Raios-X

MEMS

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Litografia/corrosão para MEMS e NEMS

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Litografia/corrosão para MEMS e NEMS

Dispositivos Ópticos

Digital Light Processor!(DLP)

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Litografia para Nanotecnologia

Escrita Direta Nanocarimbos

NanotecnologiaCAD

Litografiapor Raios-X

Máscara(s)

LitografiaÓptica

MEMS

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Litografia/corrosão ainda na Indústria de CIs...

http://www.labs.nec.co.jp/Eng/Overview/soshiki/kiso/nanotech2004.pdf

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Exemplo de Aplicação

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Pesando uma molécula de DNA

Bactéria (~1m): 665 fentogramasVirus (~100nm): 1,5 fentogramasDNA (~500nm): 995.000 Daltons (~1 attograma)

~90nm

~10m

~40nm

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Fabricação de nanoestruturas

Nanolitografia

Nanocorrosão

Nanodeposição

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Deposição induzida por feixe

• vários parâmetros: energia, corrente do feixe, substrato, dose, pressão…

• alta taxa de deposição para elétrons de baixa energia (1-3 kV) @ alto brilho

FIB

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Deposição induzida por feixe

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Deposição induzida por feixe

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Precursores

• fluoreto de Xe XeF2 corrosão de Si, SiO2

• água H2O corrosão de C

material/ precursor processo/ aplicação

• tungstênio W(CO)6 deposição

• platina (Me3)MeCpPt deposição• óxido de silício PMCPS deposição

TEOS deposição

• carbono, ouro, cobre, cobalto, …. deposição

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Superpontas

Superponta de AFM• Raio da ordem de 5nm

100 nm 50°C

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Deposição de isolantes

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Corrosão de trincheiras

SiO2

usandoXeF2

55 nm 40 nm

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Estruturas tridimensionais

Nb CuNb Nb

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Nanodeposição de contatos

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Amostra com SiO2 e eletrodos de Au

Nanodeposição e nanorroteamento de contatos

Poswicionamento aleatório de SWCNTs ( = 1.3 nm) sobre o SiO2

Mapeamento por AFM dos SWCNTs de interesse

SWCNTs sobre SiO2SWCNTs sobre SiO2

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Preparação das rotas de nanoconexão

Nanodeposição…

Nanodeposição e nanorroteamento de contatos

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Resultados…

Nanodeposição e nanorroteamento de contatos

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Prof. Dr. Antonio Carlos SeabraDep. Eng. de Sistemas EletrônicosEscola Politécnica da USP

Contato: acseabra@lsi.usp.br

Pós-graduação em microeletrônica (mestrado e doutorado): www.poli.usp.br

Laboratório que atuo: • Micro/Nanoeletrônica• Microssensores e Sistemas Eletrônicos