中国教育装备采购网 【立即登录】 【免费注册】
资讯
专题
人物访谈
政府采购
产品库
求购库
企业库
院校库
案例·技术
会展信息
行业日历
体采通

Nature子刊带大家进入热扫描探针构筑的奇妙纳米世界

中国教育装备采购网 2020/4/26 10:42:16 围观27次 我要分享

  上世纪五十年代末期,诺奖得主、物理学鬼才理查德费曼在加州理工学院的物理年会上,作了题为《There's Plenty of Room at the Bottom》的报告,极具前瞻性地提出了他对于纳米尺度操作及控制的框架性想法,并由此开启了无数科研工作者在纳米尺度上探究物质世界奥秘并通过相关的纳米技术来改变世界、造福人类的道路。

  同样是在上世纪五六十年代,采用平面处理工艺批量制备晶体管的策略出现,由此开启了集成电路产业的飞速发展。摩尔博士在六十年代中期提出了著名的摩尔定律“当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍”。而其中元器件数量的增多,是通过不断缩小元器件的关键尺寸来实现的。

  不论是在纳米尺度上进行探索,或是与人们生活息息相关的集成电路产业发展,都需要制备各种各样的纳米结构、纳米功能单元或纳米器件。而在制备各类纳米结构的过程中,最为重要的操作就是通过光刻来实现在不同的材料上定义图案区域。目前,在工业上,最先进的EUV光刻机具备7 nm技术节点的制备工艺中所需的图形加工能力,但其单值极高,比一架F-35战斗机的价格还会高出不少。

  对于科研工作者来说,目前通常采用的基于光学曝光原理的科研级光刻设备(科研级的无掩模曝光系统、掩模对准式曝光系统等),能够实现的图形加工分辨率一般在微米尺度或亚微米尺度。而随着研究对象尺度的不断减小,对纳米尺度结构构筑的需求,上述基于光学曝光原理的科研级光刻系统显然是不能够完全满足的。基于聚焦电子束、离子束的各类图案化加工设备,比如电子束光刻系统、聚焦离子束系统等,能够有效满足科研中对于纳米尺寸的图形加工需求。然而,由于电子束流和离子束流需要聚焦,这类设备通常由较为复杂的电子光学系统构成,因此价格相较于上述科研级光学光刻设备要高出很多(即使是科研级的电子束曝光系统,其单值也远超科研级的光学曝光设备)。另一方面,聚焦电子束、离子束系统的复杂性也对操作人员和设备维护人员提出了较高的要求。

Nature子刊带大家进入热扫描探针构筑的奇妙纳米世界

图1 热扫描探针光刻系统诱导材料局部变化的三种机制

  在科研领域中,扫描探针光刻(thermal scanning probe lithography)是另一种颇受关注的图案化工艺方案,能够实现纳米级(甚至原子级的)图案制备的需求,其核心思路是通过纳米针尖诱导材料表面局部的改性来实现图案化。纳米针尖诱导材料表面改性的机制有很多种,包括力学、电学、热学、扩散等等,也由此产生了许多不同的扫描探针光刻技术。在诸多的扫描探针光刻技术中,热扫描探针光刻技术(thermal scanning probe lithography,t-SPL)是近年来发展起来的一种可快速、可靠、高精度地实现纳米级图案化工艺,其技术核心是利用加热针尖的热能来诱导局部材料的改性。通常,热是材料转化中较为普遍的驱动因素,在很多材料中能诱导结晶、蒸发、熔化等改性现象。在纳米尺度上,由于只有很小的体积被加热,所以材料改性的特征时间是以纳秒量级来计算的。因此,加热几微秒就足以改变针尖下的材料。对于刻写速度而言,悬臂梁的机械扫描运动成为图案化工艺速度方面的主要限制。然而,凭借扫描探针领域良好的技术积累,目前可以实现高达20 mm/s的刻写速度,能够满足大多数科研上的图案化制备工艺需求。同时在微纳图案结构的加工精度及分辨率方面,热扫描探针光刻技术可以实现特征线宽在10 nm以下的微纳结构的制备。

Nature子刊带大家进入热扫描探针构筑的奇妙纳米世界

图2 利用热扫描探针光刻进行热敏抗刻蚀剂的图案化工艺后,结合各类工艺实现的微纳结构及器件案例

  作为一种高精度图案化工艺设备,近些年来热扫描探针光刻技术得到飞速发展,然而很多研究人员还比较陌生。着眼于此,洛桑联邦理工的S. T. Howell博士以及瑞士Swisslitho的F. Holzner博士撰写了综述《Thermal scanning probe lithography—a review》(已于2020年4月6日刊载在NPG旗下期刊Microsystems & Nanoengineering,详细信息可参考链接https://doi.org/10.1038/s41378-019-0124-8),Howell等人向大家详细介绍了热扫描探针光刻的历史、原理、图案转移工艺以及在基于新型低维材料的微纳电子器件、自旋电子器件、光子学微纳结构、微纳流控、微纳机电等领域的应用案例。

Nature子刊带大家进入热扫描探针构筑的奇妙纳米世界

图3 利用热扫描探针光刻进行定域材料转换的应用案例

  另一方面,不同于很多新型光刻策略还停留在实验室中,瑞士Swisslitho公司已经成功将热扫描探针光刻技术商品化,名为NanoFrazor。在国内外的诸多用户当中,已有不少基于NanoFrazor制备的结构而开展的研究,相关结果也都发表在了Science、Nature、PRL、等高水平期刊上。

Nature子刊带大家进入热扫描探针构筑的奇妙纳米世界

图4 热扫描探针诱导的增材工艺的应用案例

点击进入QUANTUM量子科学仪器贸易(北京)有限公司展台查看更多 来源:中国教育装备采购网 作者:Quantum量子科学仪器贸易(北京)有限公司 责任编辑:王道 我要投稿
2020全国教育装备云展会
采购网二维码

扫一扫,欢迎关注

教育装备采购网官方微信

掌握教育装备行业最新、最权威资讯

相关阅读

  • QD中国北京实验室引进美国PSC非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统-mIRage样机

    QD中国北京实验室引进美国PSC非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统-mIRage样机
    中国教育装备采购网05-06
    2020年,QD中国迎来了公司的第十六个年头。为满足国内日益增长的红外仪器测试需求,更好的为国内的科研工作者提供专业技术支持和服务,QuantumDesign中...
  • 技术线上论坛 | 5月8日《从基本制冷原理到全球顶级低温设备——揭秘设备背后的低温技术》

    技术线上论坛 | 5月8日《从基本制冷原理到全球顶级低温设备——揭秘设备背后的低温技术》
    中国教育装备采购网04-29
    [报告简介]本次报告将结合最具代表性的低温设备为大家介绍科研中常用制冷技术与制冷设备的工作原理,让您了解到顶级低温设备在技术上的深厚底蕴和细节...
  • 皮米精度激光干涉仪如何在众多前沿领域中大显神通?

    皮米精度激光干涉仪如何在众多前沿领域中大显神通?
    中国教育装备采购网04-28
    1.IDS3010激光干涉仪在自动驾驶高分辨调频连续波(FMCW)雷达中的应用自动驾驶是目前汽车工业最为前沿和火热的研究,其中可靠和高分辨率的距离测量雷达...
  • 技术线上论坛 | 4月29日《解决液氦使用难题-液氦回收循环使用系统及其应用》线上讲座

    技术线上论坛 | 4月29日《解决液氦使用难题-液氦回收循环使用系统及其应用》线上讲座
    中国教育装备采购网04-26
    [报告简介]氦元素被广泛应用于航空航天、医疗、物理,材料以及近年来比较火热的量子信息等领域,随着科学技术的发展,全球对液氦的需求与日剧增,液氦...
  • 《二维材料、拓扑绝缘体、超导等材料在极端环境下的表征 - 极低温强磁场AFM/MFM技术最新应用进展》

    《二维材料、拓扑绝缘体、超导等材料在极端环境下的表征 - 极低温强磁场AFM/MFM技术最新应用进展》
    中国教育装备采购网04-24
    [报告简介]纳米尺度下的物理学和材料科学研究,特别是在极端环境开展的研究成为了近年来学术研究的热点课题。借助极低温强磁场原子力磁力(AFM/MFM)显微...
  • 【热电资讯】厚度方向热电性能评价系统ZEM-d正式开放免费样品测试预约

    【热电资讯】厚度方向热电性能评价系统ZEM-d正式开放免费样品测试预约
    中国教育装备采购网04-23
    日本ADVANCERIKO公司50多年来专业从事“热”相关技术和设备的研究开发,一直处于相关领域的技术前沿。2018年初,QuantumDesign中国子公司与日本ADVANC...
  • QD中国邀请您参加4月24日《探索超小型一体化无人机高光谱成像最新科技与应用》线上讲座

    QD中国邀请您参加4月24日《探索超小型一体化无人机高光谱成像最新科技与应用》线上讲座
    中国教育装备采购网04-22
    [报告简介]近年来,随着航空遥感技术精准度和时效性要求的提升,常见的航空相机和多光谱手段已经不能满足客户需求,而与无人机飞行器相集成的高光谱成...
  • 直播报名 | 小型无液氦核磁共振波谱仪的异军突起

    直播报名 | 小型无液氦核磁共振波谱仪的异军突起
    中国教育装备采购网04-21
    [报告简介]核磁共振波谱技术目前已被广泛应用于化学、生物等领域。作为传统动辄几百兆赫兹的大型核磁共振波谱仪系统的补充,小型无液氦核磁正在被越来...
  • 版权与免责声明:

    ① 凡本网注明"来源:中国教育装备采购网"的所有作品,版权均属于中国教育装备采购网,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。已获本网授权的作品,应在授权范围内使用,并注明"来源:中国教育装备采购网"。违者本网将追究相关法律责任。

    ② 本网凡注明"来源:XXX(非本网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责,且不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、网站或个人从本网下载使用,必须保留本网注明的"稿件来源",并自负版权等法律责任。

    ③ 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起两周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

    2020全国教育装备云展会