この作品は、DARPA（N66001-08-C-2040）からの契約によって、テキサス州の新興テクノロジー·ファンドからの助成金によってサポートされていました。著者らは、 現場外のサンプル処理のために選択原子層堆積に関連する彼らの貢献のためにJiyoungキム、グレッグMordi、アンジェラAzcatl、とトム·シャーフを認めるだけでなく、ウォレス·マーティンとゴードン·ポロックしたいと思います。

1. 現場外サンプル調製<ol><li>チップを準備<ol><li>のSi（100）ウェハに識別マーカーを置くために適切なエッチングマスクを設計します。標準的な光学リソグ​​ラフィとRIEを用いて、STM試料を採取されるからウエハに基準マークとしての線のグリッドをエッチングします。線は1ミクロン、深、および500μmのピッチで、幅10μmであるべきです。エッチング後、試料から残っているフォトレジストを除去。 注：基準マークは、計測中のサンプルと同様にAFMとSEMでの先端の位置については、 その場で識別可能でなければなりません。 </li><li>標準タックブルーダイシングテープを適用することにより、ウエハ表面を保護し、粘着性の面を下に。 </li><li>ダイヤモンドを使用してチップにダイスウェーハは、セラミックのダイシングは、HDLを実行するために使用される特定のUHV-STMツールを適切なサイズに見ひっくり返しました。ここでは、サンプルを8.1ミリメートル×8.1ミリメートルの正方形でした。 </li></ol></li><li>ダイシング後、そっとによってUHV-STMのパターニングツールに挿入するためのチップを準備下記のセクション2でUHVプレップ後の不利な表面再構成を誘発する任意のニッケル含有ツールでチップに触れないように注意しながら、ダイシングテープをバック剥離。 <ol><li>ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ピンセットで試料の側面を把持しながら、それぞれ、アセトン、イソプロピルアルコール、メタノール、および脱イオン水の流れで10秒ずつのフロント面を洗浄することにより、クリーンチップ。最後に、超高純度のN 2またはAr、まだテフロンピンセットで把持したドライ。 </li><li> HDLのために使用される特定のUHV-STMツールの適切な方法を用いて、STMサンプルホルダーにマウントサンプルチップ。 <ol><li>ニッケル含有試料ホルダーに取り付け、（APPX。試料の高さで4 mm）のタンタル箔バリアストリップを切断した場合、チタンハサミを使用して。それぞれ超純アセトン、イソプロピルアルコール、メタノール、およびDI水で各5分間、超音波洗浄箔。部分的にアルミ箔と注入でビーカーを覆うことにより超高純度N 2ガ ​​スによるドライ開口部にN 2ノズルる。全ての液体が蒸発するまでガスが流れます。サンプルの端部の周りにニッケルフリーピンセット、フォーム箔を使用した、サンプルホルダからの試料の表裏を単離するためにサンプルホルダーにクランプします。 </li></ol></li><li>炭素汚染を除去するために、酸素プラズマ中で、プラズマ洗浄試料と試料ホルダーを装着した後、28 </li></ol></li></ol> 2. UHVサンプル調製<ol><li> UHV処理とHDLは、典型的には、（以下のステップ2.5.1.1を除く）1.3×10 -9ミリバール以下に維持できるように、ロードロックまたは他の好適なUHV-安全な方法を介して、UHVシステム内に試料を導入します。 </li><li>高温計で温度を監視する650℃でのドガO / N。チャンバ圧力は、バックグラウンドの25％以内であることを確認してください。ここで説明する場合には、典型的なバックグラウンド圧力は約4.5×10 -10ミリバールです。 </li><li> 5分間1500℃で、フィラメントを割れドガタングステン水素。可能であればチタンサブリメーションポンプをアクティブにします。 </li><li>サンプル「フラッシュ」のサイクルを実行します。 <ol><li> 20秒間1,250°Cまで加熱し、高温計とTを監視し、10℃/秒の加熱勾配を用いてフラッシュサンプル。 7×10 -9ミリバールの最大圧力を超えないようにしてください。 5秒未満に加熱電流を除去することによって冷却します。 </li><li> 5分間350℃で、残りのサンプル。圧力がベースラインに回復できるようにします。 3回繰り返します。 </li></ol></li><li>サンプルの不動態化を実行します。 <ol><li>温度を監視するために高温計を用いて350°Cに設定して試料温度。リークバルブを使用して準備室への1.3×10 -6ミリバールの超純H 2を導入します。 <ol><li>さらにH 2を精製するために非常にシステム内のリークバルブ付近のH 2行にコールドトラップを置きます。 </li><li>可能な場合は、高速のターボポンプの代わりにイオンポンプを備えたシステムをポンプ。イオンポンプがある博覧会から試料を汚染しないようにするためです高圧のと排出汚染物質へのsed。ポンプは、（350°C）で最も水素が除去された後に通常の状態に戻すと、サンプルはまだ暖かいですしています。 </li></ol></li><li>フィラメントとH 2ガス流量をオフにし、その後、12分間、1400℃の温度にフィラメントを割れタングステン水素をオンにします。 RTに冷却したサンプル。 </li></ol></li></ol> 3.走査型トンネル顕微鏡とリソグラフィ<ol><li> STMにサンプルを移し、トンネル範囲内に試料およびSTMチップをもたらします。 20μmのスポットサイズよりも良いの分解能でカメラを使用して、チップと試料の接合の高解像度の光学像を取ります。デスキュー、それは基準マークの歪みのない再生を表すように、光学像のサイズを変更します。 </li><li>システムの熱不安定性を低減するために、任意の照明を削除します。表面品質を決定します。 <ol><li> -2.25 V 200、PAのサンプルバイアスを有する従来のSTM技法を使用して、麻痺を識別する表面の欠陥ER。 </li><li>表面欠陥が許容レベルを下回っている場合は、次のステップに移動します。以下のように最大許容欠陥レベルは次のとおりです。1％のダングリングボンド。 3％のSiの欠陥; 1％の夾雑物。 </li></ol></li><li>デザインHDLパターンは、実験パターンと大（1ミクロン×1ミクロン）SERPの識別パターンの両方を含む、生産されます。 SERPパターンは、15〜20ナノメートルのピッチを使用して、期待されるAFM高速走査軸に垂直な長さのベクトル軸で表示する必要があります。 HDLの条件を適用するときに先端が続くパスを定義するための基本的な形状にパターン全体を骨折。24 </li><li>前のステップからのベクトル出力を用いて、7-9 Vのサンプルバイアスが大きな領域のためのFEモードリソグラフィを使用してHDLを行い、1 nAの電流、および0.2 MC / cmであり、小さな領域または原子の精密エッジを必要とする区域のためのAPモードリソグラフィー。24 <ol><li> PEによって最適なAPモードリソグラフィ条件を決定2〜4 NAに至るまで3.5〜4.5 Vの範囲の試料バイアスと条件、現在の様々なHDLをrforming、ラインは2〜4 MC / cmの範囲の投与量。狭い完全depassivatedラインを生成条件を選択してください。 </li></ol></li><li> -2.25 Vサンプルバイアスと0.2 nAのトンネル電流で撮像することにより、所望のHDLパターン形成された領域に、STMの計測を行います。 <ol><li> [オプション]エラー訂正を実行します。 STM計測した後、ステップ3.5からの所望のパターンでSTM像で脱不動態化パターンを比較します。どのような領域が不足ダングリングボンドの形成を示している場合は、それらの領域でリソグラフィサイクルを繰り返します。 </li></ol></li><li> STM HDLを完了した後、試料からのチップを外し、ロックをロードするために、サンプルを移動します。 </li><li>ベントとサンプルを削除します。超純N 2でベントの間に、きれいなサファイアのような不活性、平坦な基板と接触させることにより、サンプルを保護します。表面保護した後29、任意のポンプに近いバルブは、その後QUICとして排気ガスを導入できるだけKLY。システムからサンプルを削除します。 </li></ol> 4.サンプル輸送<ol><li>ロードロックからサンプルを削除します。可能であれば箔バリアピースを削除など、試料ホルダから試料を解放します。 PTFE（又はTi）ピンセットを使用して、10分未満の大気曝露を維持しようとすると、保護されたサンプルの前側を保持、輸送体にサンプルを移動させます。 </li><li>サンプルの上にカバーを取り付けて、緩く加圧し、サンプル輸送体を組み立てます。サンプルがアップのための安定したままであるように29。どの時点でも、システムを排気しないでください、または表面の損傷が発生することがあります 。1分間の超純アルゴンと同一平面最後に、アルゴンの小さな正圧（〜50〜100ミリバール）でシールサンプルトランスポーター月へ。 </li></ol>前記原子層堆積<ol><li> ALDは、適切な堆積温度（100℃）であることを確認します。大気圧が達成されるまでゆっくりとALDチャンバ内のアルゴン圧力を増加させます。 </li><li>オープンALDチャンバ。 </li><li>オープンサンプルトランスポーターとすぐにエッジでサンプルを把握PTFEのピンセットを使用して、ALDチャンバに転送し、ガス抜きに1時間2×10 -1ミリバール&lt;の圧力でALDチャンバを閉じ、アルゴンの流れを使用してパージサンプル。アモルファスチタニアの2.8ナノメートルを成長させるために、ALDの80繰り返しサイクルを実行するためのプロセスを設定します。 <ol><li>前駆体のパルス時間で、0.3ミリバールおよび0.8ミリバールの圧力で反応物質と堆積を実行するように四塩化チタン（TiCl 4）と水（H 2 O）を用いて、100〜150°Cのサンプル温度で修飾されていない商用ALDシステムを使用してそれぞれ0.1秒、0.05秒、27 </li><li>各ガスのパルスに続いて、原因物理吸着した反応物に、最小限の背景堆積を確実にするために、0.2ミリバールで60秒間Arで原子炉をパージします。この作業でマスクに、80 ALDサイクルは、100℃でのアモルファスチタニアの約2.8ナノメートルを成長させるために使用されています。 </li></ol&gt; </li><li>ゆっくりとArガスとのオープンとALDチャンバをベント。繰り返して、試料搬送のため4.1と4.2を繰り返します。 </li></ol> 6.原子間力顕微鏡（AFM） <ol><li>製造業者のプロトコルに従って、AFMの適切なキャリブレーションを確認してください。オープンサンプル輸送体は、穏やかにピンセットを使用してサンプルを削除します。 </li><li>可能な場合はトランスポーターから除去した後、確実にこのようなクランプシステムなどの機械的実装方法を用いて、AFMにサンプルをインストールしてください。試料上にAFMカメラの焦点を合わせ、ステップ3.2で、光計測に基づくパターンにAFMチップを整列させるために試料表面に基準マークを探します。 </li><li> AFMの設定は両方の高さと位相情報を示し、20と幅40μmの間になるように、スキャンサイズを設定することを確認してください。試料上にAFMチップを掛け。 </li><li>ロケータパターン領域が同定されるまで、最高の解像度で高さおよび位相情報を使用して、スキャンします。パターン化された再にズームイン祇園は、画像が所望される領域を見つけて。 </li><li>適切な画像品質と解像度（典型的には可能な限り最高の）を使用して、所望の領域の画像を取ります。すべての所望の領域がスキャンされると、試料からの先端を外します。サンプルをアンロードします。繰り返して、試料搬送のため4.1と4.2を繰り返します。 </li></ol>前記反応性イオンエッチング<ol><li> -110℃に容量結合RIE反応装置を冷却し、そのイントロ室にサンプルをロードし、7.5×10 -6ミリバールにポンプダウン。 <ol><li> 3分間の温度を安定化させます。その後、20 SCCMで、8 SCCM（毎分標準立方センチメートル）で、O 2の流量とのガスをオンに40 SCCMのAr、及びSF 6。 </li><li>ストライクプラズマ8 SCCMで52 SCCM及びO 2でのSF 6を用いて1分間エッチングするためのガス流を変更その後、150 WのRF放電を用いました。 Siとこれらのガスの相互作用は、約20nm /分の速度でエッチングする。30 </sup&gt; </li><li> 7.5×10 -6ミリバールに真空ポンプ。 RIEシステムをベント。繰り返して、試料搬送のため4.1と4.2を繰り返します。 </li></ol></li></ol> 8.走査型電子顕微鏡（SEM） <ol><li> SEMサンプル取付け·システムへの試料の導入。 <ol><li>非粘着性サンプルのサンプル実装を容易にするために、便利な場所にマウント置きます。 </li><li>オープンサンプルトランスポーター、穏やかエッジでサンプルを取得し、安全にSEMマウントにインストールしてから、SEMにサンプルアセンブリを導入するためにピンセットを使用してサンプルを削除します。 </li><li>ベントやオープンSEM室。安全のSEM試料台に試料を取り付けます。 SEMチャンバーをポンプダウン。 </li></ol></li><li>基準点の位置を確認します。 <ol><li>可能な限り低い値に倍率を持参してください。優れた分解能を与える加速電圧とビーム電流の設定を選択します。最低許容設定で起動します。必要に応じて上がります。 </li><li>電子ビームをオンにします。一般的な領域をもたらします推奨作動距離とユーセントリック高さに関心のあります。 </li><li>見つけて、1.1節で説明した基準点に焦点を当てています。必要に応じて作動距離を調整します。フォーカス、明るさとコントラストを最適化します。 </li></ol></li><li>パターンを見つけ、画像。 <ol><li>基準点と比較して、近くの非本質的な特徴を使用してフォーカスを最適化し、パターンに炭素析出を最小限に抑えるために3.2節の光計測に基づくパターンと部6のAFM計測を探します。最適化された後は、パターンに移動し、平面画像と測定値を取得します。 </li><li>必要に応じて、3D画像とパターン高さ測定のためのサンプルを傾けます。必要に応じて他のパターンについては、8.3から繰り返します。 </li></ol></li><li> SEMの製造業者によって規定されるように、SEMシステム決算ルーチンおよびディスマウントサンプル/秒を実行します。バックトランスポーターへの試料を固定します。 </li><li>繰り返しは、サンプル輸送と保管のために4.3と4.4を繰り返します。この時点で、サンプルは、堅牢で、缶無期限に保存すること。必要に応じて、画像形成後の分析を実行します。 </li></ol>

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C., McDonnell, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selectivity+of+metal+oxide+atomic+layer+deposition+on+hydrogen+terminated+and+oxidized+Si(001)-(2&#215;1)+surface.">Selectivity of metal oxide atomic layer deposition on hydrogen terminated and oxidized Si(001)-(2&#215;1) surface.</a> J. Vac. Sci Tech. B. 32 (3), 03D112 (2014).</li><li>Ruess, F. J., Oberbeck, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+etched+registration+markers+to+make+four-terminal+electrical+contacts+to+STM-patterned+nanostructures.">The use of etched registration markers to make four-terminal electrical contacts to STM-patterned nanostructures.</a> Nanotechnology. 16 (10), 2446-2449 (2005).</li><li>Ruess, F. J., Pok, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Realization+of+Atomically+Controlled+Dopant+Devices+in+Silicon.">Realization of Atomically Controlled Dopant Devices in Silicon.</a> Small. 3 (4), 563-567 (2007).</li><li>Li, K., Namboodiri, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+formation+of+atomic+step+morphology+on+micropatterned+Si+(100).">Controlled formation of atomic step morphology on micropatterned Si (100).</a> J. Vac. Sci. Tech. B. 29 (4), 041806 (2011).</li><li>Ballard, J. B., Owen, J. H. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pattern+transfer+of+hydrogen+depassivation+lithography+patterns+into+silicon+with+atomically+traceable+placement+and+size+control.">Pattern transfer of hydrogen depassivation lithography patterns into silicon with atomically traceable placement and size control.</a> Journal of Vacuum Science and Technology B. 32 (4), 041804 (2014).</li><li>Gusev, E. P., Cabral, C., Copel, M., D&#8217;Emic, C., Gribelyuk, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=U+ltrathin+HfO+2+films+grown+on+silicon+by+atomic+layer+deposition+for+advanced+gate+dielectrics+applications.">U ltrathin HfO 2 films grown on silicon by atomic layer deposition for advanced gate dielectrics applications.</a> Microelectronic Engineering. 69, 145-151 (2003).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

上記のナノ構造の計測を実行すると、このようなAFMやSEMなどの他のツールを使用して、HDLとパターンの位置の間の先端の位置をブリッジする能力を必要とします。 図3に示すように、電子ビームリソグラフィのような高分解能の位置符号化と他のよく発達パターニングツールとは対照的に、ここで行わHDLは、そのように余分な位置特定プロトコルを使用した、十分に制御粗い位置...

ナノテクノロジーのように、特にリソグラフィや電子機器の分野で、利益の重要性を形成している構造を理解し、アリーナの多種多様でより重要になります。具体的には10nm以下のスケールで、ナノスケールでの計測の重要性を強調するために、それだけ1nmの特徴サイズの変動が分数変化の少なくとも10％を示すことが指摘されるべきです。この変動は、デバイス性能及び材料文字の重要な意味を持つことができる1,2 - 4の合成方法を用いて、例えば、量子ドットまたは他の複雑な分子として非常に正確に形成された個々の特徴は、2,5,6-、作製が、一般的に同じ精度を欠いていることができます機能の配置や向きで、サイズと配置制御を改善に向けての作業にもかかわらず。本稿では、機能の配置に近く、原子寸法精度と原子精度でナノ構造体を製造するための方法を示し、ならびに機能の配置の原子計測と。走査型トンネル顕微鏡（STM）水素誘起脱不動態化リソグラフィ（HDL）の原子精度を使用して、化学的に敏感なコントラストのアトミック正確なパターンが表面に形成されています。選択的な原子層堆積（ALD）は、図1に模式的に示すように、最終的に、バルク材料にパターンを転写する。標準で高精度なHDLプロセスを組み合わせる反応性イオンエッチング（RIE）を用いて、パターン形成された領域に硬質酸化物材料を適用しますALDとRIEは任意の形状と位置で表面にナノ構造を生成するために柔軟な方法で結果を処理します。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/52900/52900fig1.jpg" /> 1.一次ナノ加工工程を図。一例として、200ナノメートル×200 nmの四角が表示され、各丸矢印は、大気曝露およびtのステップを示していますサイト間のransport。 UHVの試料調製後、試料をSTM計測（左上）、続いてUHV HDLを用いてパターニングされます。 ALDは、次いでAFM計測（右）、続いて行われます。 RIEは、SEMの計測に続いたSi（100）、にパターンを転写する（左下）。 <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52900/52900fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a> 今日までの最も正確なリソグラフィは、通常、走査プローブ技術、原子分解能のパターニングおよび官能化は、多くの用途のために実証されている具体的にSTMをベースパターニングすることを含む。7までは、原子操作は、ビルディングブロックとしての個々の原子を使用して、8を究極の精度を有するナノ構造体を作成しました、9,10しかし、ナノ構造は、極低温条件を必要とし、したがって、長期的な堅牢性を欠いていました。表面から水素原子を除去することによりRT原子操作は、specifical示されていますLY HDL。11,12,13 HDLは、表面コントラストの空間位置に基づいて、電子および他のデバイスの新しいクラスを可能にすることを約束します。さらに処 ​​理することなく、HDLを使用して、さまざまなデバイスのアーキテクチャは、ボンドワイヤまたは論理デバイスをダングリングを含むことが可能である。14,15,16さ ​​らに電気コントラストを提供する、実質的に、不動態化H層が除去された表面上に化学的コントラストを導入することができるHDLさらなる化学修飾のためのテンプレートを作成します。この化学修飾は、金属、17絶縁体、18、さらには半導体の堆積のための選択性を示し、シリコンおよび他の表面上で実証されている。16,19のこれらの例のそれぞれは、真の産生するために使用されなければならない2つの次元構造なので、他の処理手順を生成する3 HDLが約束アトミック解決制御と次元構造。以前は、これを繰り返しパターニング、19,20,21アニーリング、22を必要としていました</suこのようなチップベースの電子ビーム誘起蒸着等のあまりのp&gt;または解決のプロセス。23 電子ビームリソグラフィと同様に、HDLは、レジストを露光するために電子の局所的なフラックスを使用します。いくつかの類似点は、可変スポットサイズとパターニング効率でマルチモードリソグラフィーを行うための能力として存在する。24が、HDLの真の力は、電子ビームリソグラフィとは異なる方法から生じます。まず、HDLのレジストそのレジストの露光がデジタル処理となるので、原子状水素の単分子層です。原子があるか、または存在しないのいずれかでレジスト25を H原子の配置（100）HDLプロセスがアトミック正確処理することができる格子下地のSiに対応するので、それは本稿でHDLがナノメートル精度などを有していることに留意すべきです原子完璧をするものではなく、したがって、この場合にはデジタルではありません。 HDL中の電子源は、表面にローカルであるため、STM動作の様々なモードは、両方の促進しますスループットの最適化だけでなく、エラーチェック。 〜4.5 V以下にチップ - 試料バイアスにおいて、リソグラフィーは、原子的精密モード（APモード）と呼ばれる、原子精度で単一原子レベルで行うことができます。これとは対照的に、〜7 V以上のバイアスで、電子が電界放出モード（FEモード）として、ここで知られている広い線幅と高脱不動態化効率を有するサンプルに先端から直接放出されます。全体的なスループットが可能に1ミクロン2 /分までパターニングして電子ビームリソグラフィに小さな相対残るもののHDLスループットは、その後、これらの2つのモードの注意深い組合せにより最適化することができます。サンプルは〜-2.25 Vに保持されるように、バイアスは、このように、誤り訂正のために、原子スケールの計測の両方の表面の原子構造の検査を可能にする非常に低い脱不動態化効率の先端までのサンプルからの電子トンネルは、反転された場合。 図1に示されるこのナノ構造体の製造工程</stron上述したようにG&gt;は、UHV-HDLのステップで始まります。 HDLの後、試料はパターン化領域は、薄い（ すなわち、約1単分子層）のSiO 2層を形成し、水と飽和となっている時に、大気に排出される。搬送後26は、試料は堆積のためのALDチャンバ内に挿入されAFM及びXPSにより測定されるように、ここで堆積厚周り2-3ナノメートルとチタニア（TiO 2の）、27チタニア反応は表面の水の飽和度に依存するので、この方法は、水で表面を飽和大気暴露にもかかわらず可能です。次に、AFM及びSEMによって決定されるエッチング深さと、試料は、Siの20nmのが除去されるように、RIEを用いてエッチングされたバルクにALDのマスクパターンを転写します。計測手順を容易にするために、シリコン（100）ウェハは、長作動距離光学顕微鏡、AFMの平面光学イメージングによってUHVの調製後見えるように設計されている行のグリッドにパターン化され、そして低倍率平面SEM画像。ナノスケール構造を識別しやすいように、1ミクロン2蛇行パターン（SERPS）はSERPSの相対固定位置に配置最も孤立したナノパターンを有する試料上にパターン化されます。 HDL、選択ALD、及びRIEのこの組合せは、ナノ構造の製造のための重要なプロセスであることができ、それは、プロセスの自然な副産物として、原子スケールの計測を含みます。以下では、HDL、選択的ALD、およびRIEを用いたSi（100）内のサブ10 nmのナノ構造体を製造するために必要な手順の詳細な説明が含まれています。それは1つが、これらのプロセスの各々において熟練していると仮定されるが、情報は、様々なプロセスを統合する方法に関連含まれます。特に重要なのは、同じ困難を防止するために、著者らが経験したもの予期せぬ困難を与え、特に輸送し、計測に関連します。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Si Wafer</td>
			<td>VA Semiconductor</td>
			<td></td>
			<td>P type (Boron) Si&#60;100&#62; +/- 2 degrees, 280 mm +/- 25 mm thick, 0.01-0.02 ohm-cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ta foil</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>335</td>
			<td>0.025mm (0.001in) thick, 99.997% (metals basis)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>19393</td>
			<td>Semiconductor Grade, 99.9%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Propanol</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>19397</td>
			<td>Semiconductor Grade, 99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>19392</td>
			<td>Semiconductor Grade, 99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Argon</td>
			<td>Praxair</td>
			<td></td>
			<td>Ultra high purity (grade 5.0)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized water</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>Milli-Q Water Purification System</td>
			<td>&#62;18 MW resistance water produced on demand.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TiCl4</td>
			<td>Sigma Aldrigh</td>
			<td>254312</td>
			<td>&#8805;99.995% trace metals basis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>O2</td>
			<td>Matheson</td>
			<td>G2182101</td>
			<td>Research Grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SF6</td>
			<td>Matheson</td>
			<td>G2658922</td>
			<td>Ultra high purity (grade 4.7)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blue Medium Tack Roll</td>
			<td>Semiconductor Equipment Corporation</td>
			<td>18074</td>
			<td>Thickness 75 um / .003&#8221;&#160; Length 200 M / 660&#8217;&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

atomically traceable nanostructure fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

ここで説明するケースでは、HDLは、マルチモード·リソグラフィを用いて行われる。FEモードでは24、8 Vサンプルバイアス、1 Na及び0.2 MC /センチメートル（50ナノメートル/秒の先端速度に相当する）を用いて行っ、先端が上に移動しますSiの格子に対して平行または垂直のいずれかの表面、脱不動態化のラインを生成します。この線形の場合はこちらで、非常に先端が依存しているが、...

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Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

アトミックトレーサブルナノ構造作製

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

atomically-traceable-nanostructure-fabrication

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

8.6K ビュー.  Zyvex Labs. We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated. 

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Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators

Whispering gallery resonant cavities confine light in circular orbits at their periphery.1-2 The photon storage lifetime in the cavity, quantified by the quality factor (Q) of the cavity, can be in excess of 500ns for cavities with Q factors above 100 million. As a result of their low material losses, silica microcavities have demonstrated some of the longest photon lifetimes to date1-2. Since a portion of the circulating light extends outside the resonator, these devices can also be used to probe the surroundings. This interaction has enabled numerous experiments in biology, such as single molecule biodetection and antibody-antigen kinetics, as well as discoveries in other fields, such as development of ultra-low-threshold microlasers, characterization of thin films, and cavity quantum electrodynamics studies.3-7
The two primary silica resonant cavity geometries are the microsphere and the microtoroid. Both devices rely on a carbon dioxide laser reflow step to achieve their ultra-high-Q factors (Q&gt;100 million).1-2,8-9 However, there are several notable differences between the two structures. Silica microspheres are free-standing, supported by a single optical fiber, whereas silica microtoroids can be fabricated on a silicon wafer in large arrays using a combination of lithography and etching steps. These differences influence which device is optimal for a given experiment.
Here, we present detailed fabrication protocols for both types of resonant cavities. While the fabrication of microsphere resonant cavities is fairly straightforward, the fabrication of microtoroid resonant cavities requires additional specialized equipment and facilities (cleanroom). Therefore, this additional requirement may also influence which device is selected for a given experiment.
Introduction
An optical resonator efficiently confines light at specific wavelengths, known as the resonant wavelengths of the device. 1-2 The common figure of merit for these optical resonators is the quality factor or Q. This term describes the photon lifetime (&tau;o) within the resonator, which is directly related to the resonator's optical losses. Therefore, an optical resonator with a high Q factor has low optical losses, long photon lifetimes, and very low photon decay rates (1/&tau;o). As a result of the long photon lifetimes, it is possible to build-up extremely large circulating optical field intensities in these devices. This very unique property has allowed these devices to be used as laser sources and integrated biosensors.10
A unique sub-class of resonators is the whispering gallery mode optical microcavity. In these devices, the light is confined in circular orbits at the periphery. Therefore, the field is not completely confined within the device, but evanesces into the environment. Whispering gallery mode optical cavities have demonstrated some of the highest quality factors of any optical resonant cavity to date.9,11 Therefore, these devices are used throughout science and engineering, including in fundamental physics studies and in telecommunications as well as in biodetection experiments. 3-7,12
Optical microcavities can be fabricated from a wide range of materials and in a wide variety of geometries. A few examples include silica and silicon microtoroids, silicon, silicon nitride, and silica microdisks, micropillars, and silica and polymer microrings.13-17 The range in quality factor (Q) varies as dramatically as the geometry. Although both geometry and high Q are important considerations in any field, in many applications, there is far greater leverage in boosting device performance through Q enhancement. Among the numerous options detailed previously, the silica microsphere and the silica microtoroid resonator have achieved some of the highest Q factors to date.1,9 Additionally, as a result of the extremely low optical loss of silica from the visible through the near-IR, both microspheres and microtoroids are able to maintain their Q factors over a wide range of testing wavelengths.18 Finally, because silica is inherently biocompatible, it is routinely used in biodetection experiments.
In addition to high material absorption, there are several other potential loss mechanisms, including surface roughness, radiation loss, and contamination loss.2 Through an optimization of the device size, it is possible to eliminate radiation losses, which arise from poor optical field confinement within the device. Similarly, by storing a device in an appropriately clean environment, contamination of the surface can be minimized. Therefore, in addition to material loss, surface scattering is the primary loss mechanism of concern.2,8
In silica devices, surface scattering is minimized by using a laser reflow technique, which melts the silica through surface tension induced reflow. While spherical optical resonators have been studied for many years, it is only with recent advances in fabrication technologies that researchers been able to fabricate high quality silica optical toroidal microresonators (Q&gt;100 million) on a silicon substrate, thus paving the way for integration with microfluidics.1
The present series of protocols details how to fabricate both silica microsphere and microtoroid resonant cavities. While silica microsphere resonant cavities are well-established, microtoroid resonant cavities were only recently invented.1 As many of the fundamental methods used to fabricate the microsphere are also used in the more complex microtoroid fabrication procedure, by including both in a single protocol it will enable researchers to more easily trouble-shoot their experiments.

We describe the use of a carbon dioxide laser reflow technique to fabricate silica resonant cavities, including free-standing microspheres and on-chip microtoroids. The reflow method removes surface imperfections, allowing long photon lifetimes within both devices. The resulting devices have ultra high quality factors, enabling applications ranging from telecommunications to biodetection.

シリカ超高品質ファクターMicroresonatorsの作製

Whispering gallery resonant cavities confine light in circular orbits at their periphery.1-2 The photon storage lifetime in the cavity, quantified by the ...

工学

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Metamaterials (MM), artificial materials engineered to have properties that may not be found in nature, have been widely explored since the first theoretical1 and experimental demonstration2 of their unique properties. MMs can provide a highly controllable electromagnetic response, and to date have been demonstrated in every technologically relevant spectral range including the optical3, near IR4, mid IR5 , THz6 , mm-wave7 , microwave8 and radio9 bands. Applications include perfect lenses10, sensors11, telecommunications12, invisibility cloaks13 and filters14,15. We have recently developed single band16, dual band17 and broadband18 THz metamaterial absorber devices capable of greater than 80% absorption at the resonance peak. The concept of a MM absorber is especially important at THz frequencies where it is difficult to find strong frequency selective THz absorbers19. In our MM absorber the THz radiation is absorbed in a thickness of ~ &lambda;/20, overcoming the thickness limitation of traditional quarter wavelength absorbers. MM absorbers naturally lend themselves to THz detection applications, such as thermal sensors, and if integrated with suitable THz sources (e.g. QCLs), could lead to compact, highly sensitive, low cost, real time THz imaging systems.

This protocol outlines the simulation, fabrication and characterization of THz metamaterial absorbers. Such absorbers, when coupled with an appropriate sensor, have applications in THz imaging and spectroscopy.

テラヘルツメタマテリアルアブソーバのシミュレーション、作製と評価

Metamaterials (MM),  artificial materials engineered to have properties that may not be found in  nature, have been widely explored since the first ...

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from the inherent strong electron correlations that reside within them. These materials can also possess electronic phase separation in which regions of vastly different resistive and magnetic behavior can coexist within a single crystal alloy material. By reducing the scale of these materials to length scales at and below the inherent size of the electronic domains, novel behaviors can be exposed. Because of this and the fact that spin-charge-lattice-orbital order parameters each involve correlation lengths, spatially reducing these materials for transport measurements is a critical step in understanding the fundamental physics that drives complex behaviors. These materials also offer great potential to become the next generation of electronic devices 1-3. Thus, the fabrication of low dimensional nano- or micro-structures is extremely important to achieve new functionality. This involves multiple controllable processes from high quality thin film growth to accurate electronic property characterization. Here, we present fabrication protocols of high quality microstructures for complex oxide manganite devices. Detailed descriptions and required equipment of thin film growth, photo-lithography, and wire-bonding are presented.

We describe the use of pulsed laser deposition (PLD), photolithography and wire-bonding techniques to create micrometer scale complex oxides devices. The PLD is utilized to grow epitaxial thin films. Photolithography and wire-bonding techniques are introduced to create practical devices for measurement purposes.

空間的に閉じ込められた複合酸化物の作製

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for synthesizing nanoscopic VB2 is presented as well as step-by-step procedure for applying a zirconium oxide coating to the VB2 particles for stabilization upon discharge. The process for disassembling existing zinc/air cells is shown, in addition construction of the new working electrode to replace the conventional zinc/air cell anode with a the nanoscopic VB2 anode. Finally, discharge of the completed VB2/air battery is reported. We show that using the zinc/air cell as a test bed is useful to provide a consistent configuration to study the performance of the high-energy high capacity nanoscopic VB2 anode.

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

A protocol is presented to study multi-electron metal/air battery systems by using previous technology developed for the zinc/air cell. Electrochemical testing is then performed on fabricated batteries to evaluate performance.

VBの作製<sub&gt; 2</sub電気テスト用&gt; /空気電池

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

作製とマイクロ流体光力学発振器のテスト

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical Saturable Transitions (POST). In this technique the chemical properties of organic photochromic molecules that undergo single-photon reactions are exploited, enabling rapid top-down nanopatterning over large areas at low light intensities, thereby, allowing for the circumvention of the far-field diffraction barrier.4 Simple, cost-effective, high throughput and resolution alternatives to nanopatterning are being explored, such as, two-photon polymerization5,6, beam pen lithography (BPL)7, scanning electron beam lithography (SEBL), and focused ion beam (FIB) patterning. However, multi-photon approaches require high light intensities, which limit their potential for high throughput and offer low image contrast. Although, electron and ion beam lithographic processes offer increased resolution, the serial nature of the process is limited to slow writing speeds, which also prevents patterning of features over large areas. Beam-pen lithography is an approach towards parallel near-field optical lithography. However, the gap between the source of the beam and the surface of the photoresist needs to be controlled extremely precisely for good pattern uniformity and this is very challenging to accomplish for large arrays of beams. Patterning via Optical Saturable Transitions (POST) is an alternative optical nanopatterning technique for patterning sub-wavelength features1-3. Since this technique uses single photons instead of electrons, it is extremely fast and does not require high light intensities1-3, opening the door to massive parallelization.

We report that the diffraction limit of conventional optical lithography can be overcome by exploiting the transitions of organic photochromic derivatives induced by their photoisomerization at low light intensities.1-3 This paper outlines our fabrication technique and two locking mechanisms, namely: dissolution of one photoisomer and electrochemical oxidation.

光可飽和遷移を経由してパターニング - 作製と特性評価

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

超伝導共振器の作製と評価

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems (C-MEMS)

A wide range of carbon sources are available in nature, with a variety of micro-/nanostructure configurations. Here, a novel technique to fabricate long and hollow glassy carbon microfibers derived from human hairs is introduced. The long and hollow carbon structures were made by the pyrolysis of human hair at 900 &#176;C in a N2 atmosphere. The morphology and chemical composition of natural and pyrolyzed human hairs were investigated using scanning electron microscopy (SEM) and electron-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), respectively, to estimate the physical and chemical changes due to pyrolysis. Raman spectroscopy was used to confirm the glassy nature of the carbon microstructures. Pyrolyzed hair carbon was introduced to modify screen-printed carbon electrodes ; the modified electrodes were then applied to the electrochemical sensing of dopamine and ascorbic acid. Sensing performance of the modified sensors was improved as compared to the unmodified sensors. To obtain the desired carbon structure design, carbon micro-/nanoelectromechanical system (C-MEMS/C-NEMS) technology was developed. The most common C-MEMS/C-NEMS fabrication process consists of two steps: (i) the patterning of a carbon-rich base material, such as a photosensitive polymer, using photolithography; and (ii) carbonization through the pyrolysis of the patterned polymer in an oxygen-free environment. The C-MEMS/NEMS process has been widely used to develop microelectronic devices for various applications, including in micro-batteries, supercapacitors, glucose sensors, gas sensors, fuel cells, and triboelectric nanogenerators. Here, recent developments of a high-aspect ratio solid and hollow carbon microstructures with SU8 photoresists are discussed. The structural shrinkage during pyrolysis was investigated using confocal microscopy and SEM. Raman spectroscopy was used to confirm the crystallinity of the structure, and the atomic percentage of the elements present in the material before and after pyrolysis was measured using EDX.

Fabrication of 3D Carbon Microelectromechanical Systems C-MEMS

Long and hollow glassy carbon microfibers were fabricated based on the pyrolysis of a natural product, human hair. The two fabrication steps of carbon microelectromechanical and carbon nanoelectromechanical systems, or C-MEMS and C-NEMS, are: (i) photolithography of a carbon-rich polymer precursor and (ii) pyrolysis of the patterned polymer precursor.

3Dカーボンマイクロエレクトロメカニカルシステム（C-MEMS）の製作

A wide range of carbon sources are available in nature, with a variety of micro-/nanostructure configurations. Here, a novel technique to fabricate long ...

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing in combination with new nanofabrication techniques. A plasmon is a quantum of charge density oscillation that lends nanoscale metals such as gold and silver unique optical properties. In particular, gold and silver nanoparticles exhibit localized surface plasmon resonances-collective charge density oscillations on the surface of the nanoparticle-in the visible spectrum. Here, we focus on the fabrication of periodic arrays of anisotropic plasmonic nanostructures. These half-shell (or nanocup) structures can exhibit additional unique light-bending and polarization-dependent optical properties that simple isotropic nanostructures cannot. Researchers are interested in the fabrication of periodic arrays of nanocups for a wide variety of applications such as low-cost optical devices, surface-enhanced Raman scattering, and tamper indication. We present a scalable technique based on colloidal lithography in which it is possible to easily fabricate large periodic arrays of nanocups using spin-coating and self-assembled commercially available polymeric nanospheres. Electron microscopy and optical spectroscopy from the visible to near-infrared (near-IR) was performed to confirm successful nanocup fabrication. We conclude with a demonstration of the transfer of nanocups to a flexible, conformal adhesive film.

We demonstrate the fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithographic techniques and discuss the importance of nanoplasmonic films.

コロイド リソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in industry. The wettability of the produced surface was analyzed by bouncing drop experiments and the topography was analyzed by confocal microscopy. In addition, we show various methodologies to measure its durability and anti-icing properties. Superhydrophobic surfaces hold a special texture that must be preserved to keep their water-repellency. To fabricate durable surfaces, we followed two strategies to incorporate a resistant texture. The first strategy is a direct incorporation of roughness to the metal substrate by acid etching. After this surface texturization, the surface energy was decreased by silanization or fluoropolymer deposition. The second strategy is the growth of a ceria layer (after surface texturization) that should enhance the surface hardness and corrosion resistance. The surface energy was decreased with a stearic acid film.
The durability of the superhydrophobic surfaces was examined by a particle impact test, mechanical wear by lateral abrasion, and UV-ozone resistance. The anti-icing properties were explored by studying the ability to repeal subcooled water, freezing delay, and ice adhesion.

We illustrate several methodologies to produce superhydrophobic metal surfaces and to explore their durability and anti-icing properties.

防氷用超撥水の金属表面の作製

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...

アトミックトレーサブルナノ構造作製

要約

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シリカ超高品質ファクターMicroresonatorsの作製

テラヘルツメタマテリアルアブソーバのシミュレーション、作製と評価

空間的に閉じ込められた複合酸化物の作製

VBの作製

作製とマイクロ流体光力学発振器のテスト

光可飽和遷移を経由してパターニング - 作製と特性評価

超伝導共振器の作製と評価

3Dカーボンマイクロエレクトロメカニカルシステム（C-MEMS）の製作

コロイドリソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

防氷用超撥水の金属表面の作製

アトミックトレーサブルナノ構造作製

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シリカ超高品質ファクターMicroresonatorsの作製

テラヘルツメタマテリアルアブソーバのシミュレーション、作製と評価

空間的に閉じ込められた複合酸化物の作製

VBの作製

作製とマイクロ流体光力学発振器のテスト

光可飽和遷移を経由してパターニング - 作製と特性評価

超伝導共振器の作製と評価

3Dカーボンマイクロエレクトロメカニカルシステム（C-MEMS）の製作

コロイド リソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

防氷用超撥水の金属表面の作製

コロイドリソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作