DE20321217U1

DE20321217U1 - Funktionales Objekt mit einer dreidimensionalen Nanostruktur

Info

Publication number: DE20321217U1
Application number: DE20321217U
Authority: DE
Original assignee: Nanotools GmbH
Current assignee: Nanotools GmbH
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2013-05-17

Abstract

Funktionales Objekt, insbesondere Sensor für die Rastersondenmikroskopie, mit einer Mikrostruktur (15) sowie einer auf der Mikrostruktur (15) angeordneten Nanostruktur (19), die mittels eines Energie- und/oder Materiestrahls, insbesondere eines Elektronenstrahls oder eines Ionenstrahls, in einem additiven und/oder subtraktiven Verfahren auf der Mikrostruktur (15) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur (19) zylinderförmig ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein funktionales Objekt mit einer dreidimensionalen Nanostruktur, insbesondere einen Sensor für die Rastersondenmikroskopie.
Derartige funktionale Objekte weisen, je nach Einsatzzweck, bestimmte mechanische, elektronische oder optische Eigenschaften sowie eine definierte geometrische Struktur im Nanometerbereich auf und werden beispielsweise in der Rastersondenmikroskopie als Sensoren und/oder Werkzeuge eingesetzt.
Üblicherweise wird zur Herstellung einer derartigen Nanostruktur ein Substrat mit einer konventionell gearbeiteten Struktur im Mikrometerbereich verwendet. Die Bearbeitung der Mikrostruktur erfolgt dann in einem additiven oder subtraktiven Verfahren, wobei häufig ein feinfokussierter Energie- oder Materiestrahl zum Abscheiden oder Abtragen von Material verwendet wird. Aufgrund der Größenverhältnisse erfolgt die Bearbeitung des Substrats unter einem Mikroskop, insbesondere unter einem Rasterelektronenmikroskop.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vorteilhaftes funktionales Objekt der eingangs genannten Art, insbesondere einen Sensor für die Rastersondenmikroskopie, zu realisieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein funktionales Objekt nach Anspruch 1.
Die Mikrostruktur wird in einer oder mehreren Sequenzen mittels eines Energie- und Materiestrahls bearbeitet werden. Hierbei können die gängigen additiven und/oder subtraktiven Verfahren in einem oder mehreren Schritten zur Ausbildung einer definierten Nanostruktur angewandt werden. Je nach Verfahren eignet sich hierzu insbesondere ein Elektronen- oder ein Ionenstrahl.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das Substrat ein kostengünstiger, industriell hergestellter Wafer mit einer Vielzahl vorgefertigter Mikrostrukturen ist. Dieser kann aus Metall und/oder metallischen und/oder metallorganischen und/oder organischen Verbindungen, wie beispielsweise Polymeren, bestehen.
Je nach den gewünschten elektrischen Eigenschaften kann als Substrat ein Wafer verwendet werden, der aus isolierenden Materialien, z.B. SiO₂, Si₃N₄, halbleitenden Materialien, z.B. Si, GaAs oder leitenden Materialien, z.B. Metallen, wie Pt, Au besteht.
Prinzipiell können zur Bearbeitung der Mikrostruktur alle bekannten Verfahren eingesetzt werden. Vorteilhafterweise werden jedoch bewährte additive Verfahren, wie beispielsweise die Elektronenstrahldeposition oder Ionenstrahldeposition oder subtraktive Verfahren, wie beispielsweise chemische oder physikalische Ätzverfahren eingesetzt.
Besonders vorteilhaft dienen die Sensoren zur Verwendung in der Rastersondenmikroskopie. Hierzu kann als Substrat ein Wafer mit einer Vielzahl von Mikrostrukturen, welche als Träger für eine Sonde oder Werkzeug ausgebildet sind, verwendet werden. Derartige Wafer sind im Handel kostengünstig erhältlich und umfassen beispielsweise einige hundert derartiger Träger. Der Träger kann einen Ausleger umfassen und die Nanostruktur, also insbesondere eine Sonde und/oder Werkzeug, kann an einem genau definierten Ort des Auslegers ausgebildet werden.
Bei den handelsüblichen Wafern weisen die Ausleger häufig eine pyramidenförmige oder kegelförmige oder eine sonstige Erhebung auf, die ebenfalls Abmessungen im Mikrometerbereich aufweisen. Bei der Herstellung der Sonde kommt es nun darauf an, dass die Sonde an einem genau definierten Ort der Erhebung ausgebildet wird. Dieser Ort kann eine Ecke oder Spitze oder ein definierter Ort an einer Kante oder Fläche der Erhebung sein.
Häufig ist die Erhebung am Ausleger eine Pyramide, bei der die Spitze in etwa über dem Mittelpunkt der Grundfläche angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sonde unter einem definierten Winkel, beispielsweise 70° bis 85°, bezüglich der Grundfläche der Erhebung stabförmig, mit einem gleichbleibenden Querschnitt ausgebildet ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Wafer in einer Schrägansicht mit einer Vielzahl von darauf angeordneten, gegenüber dem Wafer gekippt dargestellten, Mikrostrukturen;
2 und 3 eine vergrößerte Darstellung einer Mikrostruktur in Seitenansicht und in Aufsicht, sowie
4 und 5 eine Mikrostruktur mit einer aufgebrachten Nanostruktur in Seitenansicht und in Aufsicht.
1 zeigt ein Substrat 1 in Schrägansicht mit einem Feld 13 mit mehreren in Reihen 14 angeordneten Mikrostrukturen 15. Eine Reihe 14 ist beispielhaft vergrößert dargestellt. Die Mikrostrukturen 15, hier in Seitenansicht dargestellt, sind als Träger für eine Sonde und/oder ein Werkzeug zur Verwendung in der Rastersondenmikroskopie ausgeführt. Die Mikrostrukturen 15 sind dabei regelmäßig angeordnet. So ist es möglich, die Positionierung einer Mikrostruktur 15 bezüglich eines Energie- oder Materiestrahls aufgrund einer Analyse der Umrisse des Feldes 13 oder einer oder mehrerer Reihen 14 durchzuführen.
2 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht einer Mikrostruktur 15, die als Träger für eine Sonde ausgebildet ist und einen Ausleger 16 sowie eine pyramidenförmige Erhebung 17 umfasst.
3 zeigt dieselbe Mikrostruktur 15 in Aufsicht. Bei der Erhebung 17 handelt es sich um eine vierseitige reguläre Pyramide. Die vier Kanten der Pyramiden bilden senkrecht von oben gesehen ein Muster 18 aus vier Linien, welche einen Öffnungswinkel von 90° aufweisen und in einem Punkt, der die Pyramidenspitze in der Bildebene definiert, zusammenlaufen. Bei einer Betrachtung schräg von oben gesehen wäre ebenfalls ein Muster 18 bestehend aus vier Linien sichtbar, welche in einem gemeinsamen Punkt zusammenlaufen. Allerdings würden sich unterschiedliche Öffnungswinkel ergeben. Analog gilt dies auch für eine alternativ verwendbare dreiseitige Pyramide 17.
4 zeigt eine Seitenansicht desselben Trägers mit einer exakt an der Spitze der Pyramide 17 ausgebildeten Nanostruktur 19. Die Nanostruktur 19 ist als Sonde zum Einsatz in der Rastersondenmikroskopie ausgebildet. Sie ist senkrecht zur Grundfläche der Pyramide 17 angeordnet und weist im Verhältnis zu ihrem Querschnitt eine große Höhe auf. Alternativ könnte die Sonde in einem anderen Winkel zur Grundfläche der Pyramide 17 ausgebildet werden.
5 zeigt denselben Ausleger 16 mit der aufgebrachten Nanostruktur 19 aus einer axialen Perspektive. Der Begriff „axiale Perspektive" bezieht sich auf die Achse der stabförmigen Nanostruktur 19 und ist in dem dargestellten Beispiel wegen der senkrechten Anordnung der Sonde gleichbedeutend mit einer Aufsicht. Aus dieser Perspektive ist die Nanostruktur 19 als geometrisches Muster 20 erkennbar, wobei das Muster 20 dem Querschnitt der senkrecht angeordneten Nanostruktur 19 entspricht. Wie hier beispielsweise dargestellt, erscheint eine zylinderförmige Nanostruktur 19 als Kreis 20. Der Mittelpunkt des Kreises 20 liegt dabei am gemeinsamen Punkt der vier Linien des Musters 18.

Claims

Funktionales Objekt, insbesondere Sensor für die Rastersondenmikroskopie, mit einer Mikrostruktur (15) sowie einer auf der Mikrostruktur (15) angeordneten Nanostruktur (19), die mittels eines Energie- und/oder Materiestrahls, insbesondere eines Elektronenstrahls oder eines Ionenstrahls, in einem additiven und/oder subtraktiven Verfahren auf der Mikrostruktur (15) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur (19) zylinderförmig ausgebildet ist.
Funktionales Objekt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostruktur (15) in wenigstens einer Bearbeitungssequenz additiv durch Elektronenstrahldeposition oder Ionenstrahldeposition bearbeitet ist.
Funktionales Objekt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostruktur (15) in wenigstens einer Bearbeitungssequenz subtraktiv durch ein chemisches oder physikalisches Ätzverfahren bearbeitet ist.
Funktionales Objekt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur (19) an einem definierten Ort der Mikrostruktur (15), insbesondere an einem Träger mit einem Ausleger (16), als Sonde und/oder Werkzeug zur Verwendung insbesondere in einem Rastersondenmikroskop ausgebildet ist.
Funktionales Objekt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (16) eine pyramidenförmige oder kegelförmige oder sonstige Erhebung (17) aufweist und die Sonde (19) an einer Ecke oder Spitze oder an einem definierten Ort an einer Kante oder Fläche der Erhebung (17) ausgebildet ist.
Funktionales Objekt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (17) eine zumindest näherungsweise reguläre, insbesondere drei- oder vierseitige Pyramide ist und durch eine Erkennung der durch ihre Kanten gebildeten Muster in einem senkrecht oder schräg von oben aufgenommenen Lagebild der Ort der Pyramidenspitze bestimmbar ist, um die Sonde an der Pyramidenspitze auszubilden.
Funktionales Objekt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (19) mit einem definierten Winkel, beispielsweise 70° bis 85°, bezüglich der Grundfläche der Mikrostruktur (15) an dieser stabförmig, mit einem im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt, ausgebildet ist.
Funktionales Objekt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur (19) senkrecht zur Grundfläche der Pyramide (17) angeordnet ist.
Funktionales Objekt nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur (19) im Verhältnis zu ihrem Querschnitt eine große Höhe aufweist.