Mikroschattenmasken

Mikroschattenmasken
Prinzip
C. Nanotechnologie
10. Technologien
10.3 Si-Selbstorgan.
Ergebnis
• (111) Seitenflächen
• Spitzenradius < 5nm
Prof. Dr. H. Baumgärtner
C10.3 - 1
Dieser Prozess ist ein Beispiel für einen selbst organisierenden Wachstumsprozess in
Silizium: Werden Siliziumatome durch eine Schattenmaske auf einer einkristallinen
Siliziumoberfläche abgeschieden, so wächst unter speziellen Wachstumsbedingungen
(Temperatur, Abscheiderate) eine vierseitige Pyramide. Die Basislänge beträgt in dem
gezeigten Fall ca. 300 nm. Die Seitenflächen haben immer denselben Steigungswinkel
auf Grund der Selbstorganisation und wird nicht durch technologische Parameter
bestimmt.
Winkel der Pyramide beträgt ca. 54,7°, die absolut reproduzierbar ist und extrem glatte
Flächen hat im Gegensatz zu Ätzmethoden.
Oben entsteht keine perfekte Spitze (bestehend aus genau einem Atom) weil dies
energetisch ungünstig ist. Die Spitze verrundet von allein mit einem Krümmungsradius
von weniger als 5 nm.
C10.3-1
C. Nanotechnologie
10. Technologien
10.3 Si-Selbstorgan.
Mikroschattenmasken
1. Growth time and mask alignment
Mask
alignment
a)
t = 10 min
t = 90 min
Results:
<110 >
• self-assembling process
b)
• no dependence on
mask alignment and shape
<110 >
c)
Prof. Dr. H. Baumgärtner
• simple and reproducible
process run
C10.3 - 2
Durch Selbstorganisation kann man die Maske ausrichten wie man will und sogar
ein Loch als Maske benutzen und es ergibt immer die gleiche Pyramide.
Senkrechte Kanten sind auch möglich (Quader), aber das ist abhängig von der
Temperatur. T muss so tief gewählt werden, dass die Selbstorganisation ausgeschaltet
ist, wodurch dann aber die Kristallqualität sinkt.
C10.3-2
Mikroschattenmasken
C. Nanotechnologie
10. Technologien
10.3 Si-Selbstorgan.
3. Temperature stability
Etched sample
• rounding-off at the edges
• damaged surface
0.6 eV for adatom diffusion
Grown sample after 1000°C, 1hr
• no visible change
• single crystalline surface
3.5 eV for vacancy formation
Result: high thermal stability
Prof. Dr. H. Baumgärtner
C10.3 - 4
Die hohe thermische Stabilität entsteht durch die Einkristallinität.
C10.3-4
Mikroschattenmasken
C. Nanotechnologie
10. Technologien
10.3 Si-Selbstorgan.
Vorteile
• Parallel process
«
high through-put
• Growth process
«
no crystal damages
• Crystallographic surface «
high stability
• Self-assembling growth
straightforward technology
high reproducibility
Prof. Dr. H. Baumgärtner
«
C10.3 - 5
C10.3-5
Mikroschattenmasken
C. Nanotechnologie
10. Technologien
10.3 Si-Selbstorgan.
Denkbare Anwendungen
• Flache Bildschirme (Field Emission Display FED)
• Raster-Sonden-Mikroskopie
• Vakuum-Mikroelektronik
Prof. Dr. H. Baumgärtner
C10.3 - 6
C10.3-6
Field Emission Display
Prof. Dr. H. Baumgärtner
C. Nanotechnologie
10. Technologien
10.3 Si-Selbstorgan.
C10.3 - 7
Deckplatte entspricht der Anode.
Das Gate besteht aus hoch dotiertem Poly Si.
Bis zum Gate wird nur ein Maskenschritt benötigt.
Die emitierten Elektronen werden genutzt um im Phosphor (reagiert aber erst ab ca.
1000eV) Photonen auszulösen. Die Energie der hier mit ca. 20V emmitierten Elektronen
ist viel zu gering um den Phosphor anzuregen. Wenn man die Energie erhöht kommt es
zum Abbrennen der Spitzen. Die Verwendung einer anderen Art von Phosphor ist
möglich, würde aber hohe Entwicklungskosten verursachen.
C10.3-7
C. Nanotechnologie
10. Technologien
10.3 Si-Selbstorgan.
Raster-Sondenmikroskopie
Selbstjustierende,
lokale
Beschichtung
Selbstjustierende,
lokale,
feldinduzierte
Modifikation
Selbstjustierendes
Multielektroden
System
Prof. Dr. H. Baumgärtner
MFM
...
.......
......
... ...
poly-Si
SiO2
SNOM
poly-Si
Micro-SEM
SiO2
C10.3 - 8
MFM:= Magnetic Force Microscope: die Spitze besteht aus einer magnetischen Schicht
die eine magnetische Kraft beim Rastern auslösen kann.
SNOM:= Scanning Nearfield Optical Microscope: Spitze wird zum Leuchten gebracht
C10.3-8
Vakuum-Mikroelektronik
Vorteile:
Anode
SiO2
Kathode
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10. Technologien
10.3 Si-Selbstorgan.
• Nur 1 Maskenschritt
• selbstjustierende Spitze
• selbstjustierende Gitter und Anode
• Hochtemperaturfest
Anwendungen:
• schnell
• Automobilelektronik
• Telekommunikation
Prof. Dr. H. Baumgärtner
C10.3 - 9
Zwischen Anode und Kathode befindet sich Vakuum.
Das Bauteil ist hochtemperaturfest, weil hier nur die Schmelztemperatur der
Bestandteile als Limit gilt und nicht wie z.B. beim Transistor die Anzahl der thermisch
generierten Elektronen-Lochpaare, die bei höheren Temperaturen die der Dotierung
überwiegt und damit die Funktion der pn-Übergänge verloren geht.
Sehr schnell wegen Vakuum (Fast Lichtgeschwindigkeit möglich)
C10.3-9