31 июля 2016г.
Узким местом современной нанотехнологии является процесс генерации изображения на подложке (нанолитография), поскольку именно он определяет возможность получения максимального разрешения процесса. При этом в практическом производстве необходимо использовать только групповые методы генерации изображения. Популярная сейчас рентгеновская литография имеет свои недостатки, связанные с радиальной симметрией процесса при генерации рентгеновского излучения из точечного источника и запредельную стоимость оборудования при использовании синхротронного излучения [1-5].
Поэтому возможность использовать для нанолитографии потоки ускоренных электронов (электронная литография) является весьма актуальной и востребованной. В связи с этим представляет интерес использование для эмиссии электронов явления высоковольтного газового разряда и сопутствующую ему ионно-электронную эмиссию. При эмиссии электронов под воздействием ионной бомбардировки происходит возбуждение электронов в веществе не только за счет кинетической энергии падающих ионов, но и за счет потенциальной энергии ионов, т.е. энергии, затраченной на ионизацию нейтральных атомов. Соответственно принято различать два вида ионно-электронной эмиссии: кинетическую и потенциальную.
При кинетической ионно-электронной эмиссии возбуждение электронов вещества происходит подобно тому, как это имеет место при вторичной электронной эмиссии, но с некоторыми отличиями, обусловленными особенностями торможения тяжелых частиц (ионов) в веществе и спецификой взаимодействия их с электронами вещества. Кинетический механизм ионно-электронной эмиссии имеет энергетический порог, ниже которого действие механизма прекращается. Пороговая энергия зависит от природы иона и материала мишени и составляет приблизительно 1-2 кэВ, а соответствующие пороговые скорости иона 104 - 105 м/с. Электронная эмиссия в случае диэлектриков в 4-10 раз превышает эмиссию с чистых металлов. Таким образом, можно сделать вывод, что с учетом чувствительности современных электронорезистов, которая составляет 10-6 - 10-8 Кл/см2, метод ионно-электронной эмиссии вполне пригоден для целей электронной литографии с точки зрения производительности и с учетом применяемых для этой цели ионов. Для полной обоснованности этого заключения необходимо оценить роль материала катода в процессах ионно- электронной эмиссии. [1,2].
Метод является перспективным для проекционной электронолитографии. Между катодом и вспомогательным электродом зажигается высоковольтный разряд, положительные ионы, образованные в разряде, пересекают границу области катодного падения напряжения, ускоряются в этой области и бомбардируют катод-маску, изготовленный из материалов с различным коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии (КВИЭЭ). В результате для различных участков поверхности катода-маски электронный поток промодулирован по плотности, т.е. распределение плотности тока вторичных электронов будет соответствовать заданной топологии. Чем больше различие в КВИЭЭ, тем больше будет контраст в засветке различных участков подложки. Ускоренные в прикатодном слое электроны пересекают газоразрядный промежуток, испытывая малое число упругих и неупругих соударений с атомами рабочего газа. Электроны бомбардируют обрабатываемую подложку со слоем резиста, формируя в резисте скрытое изображение. Магнитное поле может использоваться для поворота, масштабирования и совмещения изображения. Высоковольтный тлеющий разряд характеризуется относительно большой плотностью тока и областью с высоким падением напряжения, в которой электроны ускоряются до энергий, необходимых для инициации физико-химических превращений в материале резиста. Наиболее существенной характерной чертой высоковольтного тлеющего разряда является нерассеянная компонента электронов высоких энергий, которая может быть использована для переноса изображения в электронах. Проблема заключается в модуляции электронного потока по плотности тока в соответствии с графикой переносимого изображения, что может быть реализовано за счет различия в КВИЭЭ с разных участков катода в установке с высоковольтным тлеющим разрядом. Задача осложняется тем, что КВИЭЭ зависит от многих факторов: энергии, массы и заряда падающих ионов, причем при энергии ионов в пределах 5 - 30 кэВ, будет иметь место кинетическая ионно-электронная эмиссия [1-3,6].
Различные материалы имеют различные коэффициенты ИЭЭ. Большое влияние на коэффициенты оказывает энергия, масса, заряд падающего иона, материал подложки, давление рабочего газа. Это дает возможность реально использовать явление ионно-электронной эмиссии для систем электронной литографии. Эффективными эмиттерами вторичных электронов являются щелочно-галоидные соединения, коэффициент ИЭЭ на порядок превышает значения характерные для металлических мишеней. Особый интерес представляет ИЭЭ с поверхности наночастиц, что может позволить использовать их в качестве нанокатодов [7-14].
При этом сами наночастицы можно располагать на поверхности пластины, играющей роль катода, в соответствии с принципами самоорганизации и располагать их упорядоченно в соответствии с технологическими и конструктивными требованиями [15-18].
Список литературы
1. Марголин В.И., Жабрев В.А., Тупик В.А. Физические основы микроэлектроники: учебник для студ. высш. учеб. заведений.- М.: Издательский центр "Академия", 2008.- 400 с. гриф УМО
2. Жабрев В.А., Марголин В.И., Павельев В.С. Введение в нанотехнологию (общие сведения, понятия и определения): учеб. пособие.- Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2007.- 172 с.
3. Жабрев В.А., Марголин В.И., Мамыкин А.И., Тупик В.А. Фронтальные аспекты наномира // Сборник научных трудов и инженерных разработок. Ориентированные фундаментальные исследования - новые модели сотрудничества в инновационных процессах.- М.: "Эксподизайн-Холдинг", 2008.- С. 117 - 121.
4. В.И. Марголин, С.Е. Шишов Перспективы и проблемы нанотехнологий// О национальной доктрине развития в Российской Федерации нанотехнологий. Аналитический сборник.- М.: 2006.- Издание Совета Федерации.- С. - 54 – 63
5. Марголин В.И. Нанотехнология - современные проблемы и возможности // Факультету радиотехники и телекоммуникаций 60 лет / под ред. Н.В. Лысенко. - СПб.: Изд.-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2005. - С. 148 - 156
6. Л.Ю. Аммон, В.И. Марголин Нанокомпозиты и наноматериалы в наукоемких технологиях защитных покрытий // Сб. науч. трудов научно-технического семинара "Вакуумная техника и технология 2009".- СПб., 9-11 июня 2009.- Изд-во Политехн. ун-та.- 2009.-С. 39-40
7. Марголин В.И., Жабрев В.А., Лукьянов Г.Н., Тупик В.А. Введение в нанотехнологию: Учебник, - СПб.: Издательство "Лань", 2012.- 464 с. гриф УМО
8. Кузнецов Н.Т., Новоторцев В.М., Жабрев В.А., Марголин В.И. Основы Нанотехнологии: Учебник, М.: Изд-во "Бином. Лаборатория знаний", 2014.- 397 с. гриф УМО
9. Марголин В.И., Жабрев В.А., Тупик В.А., Аммон Л.Ю. Методы синтеза наноразмерных структур. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2013. 287 с.
10 .Грачев В.И., Жабрев В.А., Марголин В.И., Тупик В.А. Основы синтеза наноразмерных частиц и пленок.- Ижевск, Изд-во "Удмуртия", 2014. 200 с.
11 .Жабрев В.А., Мамыкин А.И., Марголин В.И. и др. Исследование процессов ионно-электронной эмиссии для целей микро- и нанотехнологии // Сборник трудов 5-ой Международной специализированной выставки "Лаборатория Экспо"07, 2-5 окт. 2007. ВВЦ - ВДНХ, Изд-во "Эксподизайн", С. 112 - 116, 2007.
12 .Жабрев В.А., Мамыкин А.И., Марголин В.И. и др. Возможность применения процессов ионно-электронной эмиссии в микро- и нанолитографии // Сборник научных трудов и инженерных разработок. Ориентированные фундаментальные исследования - федеральные целевые программы, наукоемкое производство.- М.: "Эксподизайн", 2007.- С. 156 – 159
13 .Жабрев В.А., Мамыкин А.И., Марголин В.И. и др. Исследование процессов в газоразрядном промежутке установки ионно-электронной эмиссии для микро- и нанолитографии // Сборник научных трудов и инженерных разработок. Ориентированные фундаментальные исследования - федеральные целевые программы, наукоемкое производство.- М.: "Эксподизайн", 2007.-С. 160 – 161.
14 .Жабрев В.А., Мамыкин А.И., Марголин В.И. и др. Разработка технологии производства элементов нанорадиоэлектроники на основе тлеющего разряда // Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ".- 2009.- № 5.- С. 3-8
15.Zhabrev V.A., Margolin V.I. Some Questions in Fractal Nanotechnology // Inorganic Materials, 2008, Vol. 44, No 13, pp 65-82. Ó Pleiades Publishing,Ltd, 2008
16.Жабрев В.А., Марголин В.И., Тупик В.А. О самоорганизации наноразмерных частиц в процессах их агрегации // Нанотехника.- 2013.- № 1 (33).- С. 25-31.
17.V.A. Zhabrev. V.I. Margolin, V.A. Tupik, and Chu Trong Su Simulating The Aggregation of Nanoparticles on a Substrate Surface upon Vacuum Deposition // Journal of Surface Investigation. X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. Vol. 9, No 5, 2015, pp 877-879.
18.В. А. Жабрев, В. И. Марголин, В. А. Тупик, Чу Чонг Шы Моделирование процессов синтеза наночастиц и анализ результатов методами РЭМ // Известия РАН. Серия физическая.-2015, том 79.- № 11, С. 1498–1500.
