Mikroschattenmasken
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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 C. Nanotechnologie 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