Helium ion beam (HIB) technologie speelt een belangrijke rol in de extreme gebieden van nanofabricage. Vanwege de hoge resolutie en gevoeligheid wordt HIB-nanofabricagetechnologie veel gebruikt om nanostructuren te modelleren in componenten, apparaten of systemen in geïntegreerde schakelingen, materiaalwetenschappen, nano-optica en biowetenschappelijke toepassingen. HIB-gebaseerde nanofabricage omvat direct-write-frezen, ionenbundel-geïnduceerde afzetting en direct-write lithografie zonder de noodzaak om hulp te weerstaan. Hun toepassingen op nanoschaal zijn ook geëvalueerd op het gebied van geïntegreerde schakelingen, materiaalwetenschappen, nano-optica en biologische wetenschappen.

In een nieuw artikel gepubliceerd in het International Journal of Extreme Manufacturing , heeft een team van onderzoekers, geleid door Dr. Deqiang Wang van Chongqing Key Laboratory of Multi-scale Manufacturing Technology, Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Chinese Academy of Sciences, PR China, de extreme processen en toepassingen van HIB-nanofabricage uitgebreid samengevat .

Het belangrijkste doel van deze review is om de nieuwste ontwikkelingen in HIB-technologie aan te pakken met hun extreme verwerkingsmogelijkheden en wijdverbreide toepassingen in nanofabricage. Op basis van de introductie van het HIM-systeem met GFIS zijn eerst de prestatiekenmerken en voordelen van HIB-technologie besproken. Daarna zijn bepaalde vragen over de extreme processen en toepassingen van HIB-nanofabricage aan de orde gesteld:Hoeveel extreme processen en toepassingen van HIB-technologie zijn er ontwikkeld in nanofabricage voor geïntegreerde schakelingen, materiaalwetenschappen, nano-optica en biowetenschappelijke toepassingen? Wat zijn de belangrijkste uitdagingen in de extreme nanofabricage met HIB-technologie voor toepassingen met hoge resolutie en gevoeligheid?

HIM heeft de voordelen van een hoge resolutie en gevoeligheid voor fabricage van extreme nanostructuren. HIB-gebaseerde nanofabricage omvat direct-write-frezen, ionenbundel-geïnduceerde afzetting en direct-write lithografie zonder de noodzaak om hulp te weerstaan. Hun toepassingen op nanoschaal zijn ook geëvalueerd op het gebied van geïntegreerde schakelingen, materiaalwetenschappen, nano-optica en biologische wetenschappen. Dit overzicht omvat hoofdzakelijk vier thematische toepassingen van HIB:1) beeldvorming met heliumionmicroscopie (HIM) voor biologische monsters en halfgeleiders; 2) HIB frezen en zwellen voor 2D/3D nanoporiën fabricage; 3) HIB-geïnduceerde depositie voor nanopijlers, nanodraden en 3D-nanostructuren; 4) extra HIB direct schrijven voor resist, grafeen en plasmonische nanostructuren.

HIB-technologie wordt gebruikt voor beeldvorming met hoog contrast en hoge resolutie van geleidende, halfgeleider-, isolatiematerialen en biologische monsters. Hoewel de ionen botsen met het doelmonster, zal het beter zijn dan conventionele SEM-beeldvorming. De gerichte HIB-technologie heeft duidelijke voordelen in nanofabricage, waaronder freesprocessen voor lokale diktecontrole en fabricage van nanostructuren in vrijstaande membranen of bulkmaterialen. De amorfisatie en heliumimplantatie kunnen echter monsterbeschadiging veroorzaken tijdens HIB-frezen op bulksubstraten. Daarom is de optimalisatie van ionendosis, bundelenergie en HIB-dosistempo van cruciaal belang voor lokale diktemanipulatie en topografische nauwkeurigheidscontrole bij de fabricage van nanostructuren. Ionenbundel-geïnduceerde depositie is een belangrijke nanofabricagetechnologie, die de eigenschappen van materialen kan wijzigen op basis van de interactie tussen de ionenbundel en materialen. De ontwikkeling van HIB-geïnduceerde depositie is een redelijke, geschikte techniek voor deze specifieke nanofabricagetoepassingen vanwege de lichte massa van heliumionen en de verschillende elektrische eigenschappen tussen inert helium en elektroactief gallium. Vanwege de sub-nanometer spotgrootte wordt de gefocusseerde HIB gebruikt als een nieuwe, direct schrijvende belichtingsbundel met hoge resolutie voor nanofabricage. Volgens de hoge resolutie, het hoge SE-rendement en het lage nabijheidseffect is HIB direct schrijven gelijk aan of beter dan elektronenstraallithografie voor de fabricage van nano-elektronische apparaten. Bovendien worden heliumionen vanwege de relatief lage massa minder beschadigd dan andere deeltjes zoals elektronen en galliumionen voor blootgestelde doelsubstraten.

Professor Deqiang Wang (directeur van Chongqing Key Laboratory of Multi-scale Manufacturing Technology, CIGIT), professor Wen-Di Li, professor Wei Wu, Dr. Shixuan He en Dr. Rong Tian hebben een paar kritieke uitdagingen geïdentificeerd in de extreme processen en applications of HIB nanofabrication as follows:

"For extreme nanofabrication, nanometer-scale nanopores that are beneficial for single base recognition of DNA/RNA sequences can be fabricated by HIB milling on thinned silicon nitride membrane or suspended graphene. Amorphization during the milling process promotes the formation of specific 3D nanopores, which can be used for potential nano-optics and bioscience applications."

"The chemical reaction of the precursor gas molecules adsorbed on the surface induced by HIB results in the direct deposition of programmed 3D structures at the nanoscale."

"HIB direct writing without resist-assisted is used to pattern sub-10-nm nanochannels, nanoribbons, and nanostructures for nanoscale functional devices."

"Both HIM imaging and HIB nanofabrication must take into account the inevitable damage which is caused by the collision between helium ions and probe substrate. HIB technology has a lower sputtering yield but can produce larger damage on the substrate in nanofabrication processing, such as bubbles, implantation, and amorphization. More in-depth theoretical research on the interaction mechanism between helium ions and materials has promoted the improvement of the processing capability of the extreme nanofabrication with HIB technology."

"The stability and repeatability of the HIB milling process will be enhanced to meet the requirements of sub-nanometer resolution and high-throughput fabrication in special applications. When optimizing the nanofabrication process, the positive or negative impact of helium ions bombardment on the material properties should be considered, so that HIB technology can be used to directly fabricate nanostructures with fewer defects and excellent performance."

"For direct-write HIB technique and HIB-induced deposition processes, the common challenge is to increase the complexity of nanostructures while maintaining the nanoscale feature size for the special applications. To increase the complexity of nanostructures and their applications in production, the direct writing process of HIB technology must be improved through careful optimization of parameters. Besides, the proximity effect should be also taken into consideration in the HIB direct writing and HIB-induced deposition processes."

Researchers have demonstrated that HIB technology will play an important role in extreme nanofabrication because it has the advantages of high sensitivity, resolution, and precision for direct writing milling, patterning, assisted-milling, and deposition processes with fewer damages to the samples. + Verder verkennen

How to draw a line narrower than a cold virus