RU2655651C1 - Способ получения нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью - Google Patents
Способ получения нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью Download PDFInfo
- Publication number
- RU2655651C1 RU2655651C1 RU2017124723A RU2017124723A RU2655651C1 RU 2655651 C1 RU2655651 C1 RU 2655651C1 RU 2017124723 A RU2017124723 A RU 2017124723A RU 2017124723 A RU2017124723 A RU 2017124723A RU 2655651 C1 RU2655651 C1 RU 2655651C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanolithographic
- super
- crystalline structure
- drawings
- developed surface
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Использование: для нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью. Сущность изобретения заключается в том, что путем механического воздействия зонда на кремниевую подложку формируют пространственный профиль в виде области шириной 7 мкм и глубиной 800 нм, после чего дополнительно на поверхность подложки в рамках метода гидротермального синтеза наносят эквимолярный раствор ацетата цинка Zn(O2C2H3)2, гексаметилтетрамина C6H12N4 и N-цетил-N,N,N-триметиламмоний бромид. Далее проводят нагрев до 85°С, в результате чего в области пространственного профиля формируется нанолитографический рисунок с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью. Технический результат: обеспечение возможности формирования наноматериалов в виде нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способам формирования наноматериалов в виде нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью, и может быть использовано для получения устройств нано- и микроэлектроники нового поколения.
В настоящее время для формирования литографических рисунков, в том числе с наноразрешением, используют два основных технологических подхода. Первый подход является логическим развитием идей классической микроэлектронной технологии и основан на использовании оптической, рентгеновской или электронно-лучевой литографии. Уменьшение длины волны излучения при экспонировании того или ионного фоторезиста обеспечивает возможность создания рисунков с размером отдельных элементов менее 100 нм. Второй подход по своей сути является чисто нанотехнологическим и основан на использовании некоторого зонда, перемещающегося по поверхности подложки и контактирующего с ней в локальных областях. При этом различают механическую и электронную модификацию поверхности.
Разработка способов получения наноматериалов со сверхразвитой поверхностью является одной из актуальных задач нанотехнологии. Такие материалы обладают уникальными каталитическими и адсорбционными свойствами, а также сверхвысокой удельной площадью взаимодействия с окружающей средой, что определяет их применение для катализаторов и фотокатализаторов, газовых сенсоров, солнечных элементов, оптических приборов и приборов биомедицинского назначения [1-3].
Известен способ формирования наноструктур [4], включающий образование рельефа в слое резиста, нанесенного на подложку, методом наноимпринт-литографии с наложением на штамп возбуждающих ультразвуковых колебаний и осевого усилия. В рамках данного способа дополнительно в подложке регистрируют ультразвуковые колебания, возникающие при контакте штампа с резистом, по интенсивности и/или фазе, и/или спектру которых судят о степени заполнения резистом рельефа штампа. Недостатком такого способа является сложность изготовления штампа, отсутствие возможности формирования нанолитографических рисунков произвольной геометрии, а также контроля степени развитости поверхности и ее структурного совершенства.
Известен способ формирования полимерных шаблонов наноструктур разной геометрии [5], включающий формирование цифрового шаблона наноструктур, перенос этого шаблона на поверхность позитивного резиста, нанесенного на подложку, проявление резиста. В данном способе в качестве подложки наряду с полупроводниковыми используются подложки, покрытые металлом, при этом шаблоны в форме наноразмерных колец формируют одноточечным экспонированием позитивного резиста электронным пучком диаметром 2 нм и дозой в диапазоне от 0.2 до 100 пКл на точку. Также шаблоны наноструктур сложной формы и высокого разрешения формируют последовательным точечным экспонированием позитивного резиста с шагом от 5 до 30 нм с увеличением средней скорости экспонирования до 10 раз. Недостатком такого способа является то, что он не позволяет формировать наноструктуры непосредственным образом (напрямую), а только лишь шаблоны для их изготовления. Кроме того, данный способ не позволяет управлять структурным совершенством и степенью развитости поверхности изготавливаемых наноматериалов.
Также известен способ получения регулярных систем наноразмерных нитевидных кристаллов кремния [6], включающий подготовку кремниевой пластины путем маскирования ее поверхности фоторезистом, создания в нем отверстий, электрохимического осаждения в отверстия фоторезиста островков металла из раствора электролита, и помещения подготовленной пластины в ростовую печь с последующим выращиванием на ней нитевидных кристаллов. В этом способе цилиндрические отверстия в фоторезисте создают диаметром менее 250 нм импринт-литографией, островки металла осаждают толщиной менее 12,5 нм, после чего удаляют фоторезист в 5% растворе плавиковой кислоты. Недостатком такого способа является узкий спектр получаемых наноматериалов (только нитивидные кристаллы кремния), а также отсутствие возможности управления их структурным совершенством и степенью развитости поверхности.
Известен способ получения фракталоподобных структур и устройство его осуществления [7], который включает получение потока слабоионизованного газа из исходного плазмообразующего материала, охлаждение потока слабоионизованного газа до температуры конденсации, формирование из нейтральных и заряженных частиц наноструктур, агрегацию наноструктур в кластеры и их рост до фракталоподобных структур. Согласно данному способу слабоионизованный газ получают при струйном диафрагменном импульсном электрическом разряде в режиме течения струй продуктов высокотемпературной эрозии с заданным параметром нерасчетности. Недостатком такого способа является отсутствие возможности формирования нанолитографического рисунка и контроля степени развитости поверхности.
Также известен способ получения тонких пленок с фрактальной структурой [8], который заключается в том, что на подложку в вакууме осаждают материал пленки, а в непосредственной близости от подложки, но вне зоны потока осаждаемого материала помещают резонатор. Данный резонатор содержит подложку, на которой сформирована матрица, состоящая из набора одинаковых элементов, каждый из которых представляет собой центральную, симметричную относительно центра, часть фрактальной структуры с уровнем фрактализации М не менее трех. Модуль первого уровня фрактализации состоит из 1+N окружностей радиуса r0, где N больше двух. Центры N окружностей расположены на первой окружности через равные расстояния по ней, и окружности с радиусом 2R0, центр которой совпадает с центром первой окружности. Окружность с радиусом 2R0 является первой окружностью модуля второго уровня, и в точках ее сопряжения с окружностями первого уровня расположены центры модулей первого уровня. Полученную структуру охватывает окружность с радиусом 4R0, являющаяся первой для модуля третьего уровня, и в точках ее сопряжения с окружностями модуля второго уровня расположены центры модулей второго уровня. Полученную структуру охватывает окружность с радиусом 8R0 и далее структура сформирована таким же образом, причем фрактальная структура сформирована линиями из материала, имеющего кристаллическую решетку. Недостатком такого способа является отсутствие возможности формирования произвольного нанолитографического рисунка, т.е. рисунка, не содержащего окружностей. Кроме того, данный способ не позволяет управлять степенью развитости поверхности получаемого наноматериала.
Известен способ получения сетчатой микро- и наноструктуры, в частности для оптически прозрачных проводящих покрытий [9]. В процессе осуществления способа на подложке формируют слой из вещества, которое в процессе химической и/или физической реакции способно образовывать трещины; осуществляют операцию образования трещин в указанном слое при помощи химической и/или физической реакции; осуществляют операции по использованию полученного слоя, содержащего трещины, в качестве шаблона для задания геометрии микро- и наноструктуры.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ получения нанолитографических рисунков в рамках зондовой литографии [10]. Способ заключается в том, что путем механического воздействия зонда на подложку формируют пространственный профиль в виде области заданной геометрии, которая представляет собой нанолитографический рисунок.
Недостатком такого способа является отсутствие возможности формировании наноматериала в виде нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью.
Технический результат изобретения заключается в том, что с помощью совмещения методов зондовой литографии и гидротермального синтеза формируются нанолитографические рисунки с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью.
Это достигается тем, что в известном способе формирования нанолитографических рисунков методом зондовой литографии, заключающемся в том, что путем механического воздействия зонда на подложку формируют пространственный профиль в виде области заданной геометрии, дополнительно на поверхность подложки в рамках метода гидротермального синтеза наносят эквимолярный раствор ацетата цинка (Zn(O2C2H3)2), гексаметилтетрамина (C6H12N4) и СТАВ (поверхностно-активное вещество), после чего проводят нагрев до 85°С, в результате чего в области пространственного профиля формируется нанолитографический рисунок с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью.
Реальная поверхность подложек в большинстве случаев неоднородна и разные ее участки обладают отличающимися каталитическими и адсорбционными свойствами. В первую очередь катализ и активированная адсорбция идут на активных центрах, в качестве которых могут выступать поверхностные атомы, испытывающие сильный дефицит соседей. Самый простой способ реализации данного случая – это механическое воздействие на подложку. В местах формирования пространственного профиля в виде области заданной геометрии образуются атомы, испытывающие больший дефицит соседей, нежели атомы плоской поверхности. Поэтому процесс механического воздействия зонда на поверхность кремниевой подложки приводит к образованию атомов кремния в дефиците соседей, которые являются катализатором реакции гидролиза гексаметилтетрамина (фиг. 1). При этом в местах формирования пространственного профиля в виде области заданной геометрии появляются центры роста оксида цинка.
Пример выполнения способа. Формирование нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью на подложках из монокристаллического кремния.
1. Согласно предлагаемому способу на поверхности подложки из кремния (Si) КЭФ (111) методом зондовой литографии путем приложения механического воздействия при давлении 6.2·109 Па между перемещающимся зондом и подложкой был сформирован пространственный профиль в виде области шириной 7 мкм, глубиной 800 нм.
2. В рамках гидротермального метода готовили эквимолярный раствор ацетата цинка (Zn(O2C2H3)2), гексаметилтетрамина (C6H12N4) и N-цетил-N,N,N-триметиламмоний бромид (СТАВ, поверхностно-активное вещество). Ацетат цинка использовали в качестве источника ионов цинка Zn2+, а СТАВ применяли для создания условий ограничения роста диаметра нанобъектов, формирующих нанолитографический рисунок.
3. Приготовленный эквимолярный раствор наносили на подложку со сформированным механическим воздействием пространственным профилем с помощью дозатора при температуре 85°С, которая обеспечивала термическое разложение гидроксида цинка (Zn(OH)2) до оксида цинка (ZnO) и закрепление нанолитографического рисунка. При этом обеспечивалось протекание следующих реакций:
После синтеза подложку со сформированным нанолитографическим рисунком промывали в дистиллированной воде.
На фиг. 1. и 2 представлено изображение нанолитографического рисунка с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью сформированного в рамках заявляемого способа, полученное с помощью растровой электронной микроскопии. Анализ фиг. 1 и 2. показывает, что преимущественный рост наностержней оксида цинка происходит в области, сформированной механическим воздействием зонда на подложку. Средняя плотность центров роста нанострежней по данным математического анализа составила 2,25·1012 м-2.
Благодаря отличительным признакам изобретения с помощью совмещения методов зондовой литографии и гидротермального синтеза формируются нанолитографические рисунки с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью.
Предлагаемый способ может найти применение для получения устройств нано- и микроэлектроники нового поколения, включая чувствительных элементов газовых сенсоров, датчиков вакуума и мультисенсорных систем.
Список источников информации
1. Dorogov M.V., Dovzhenko O.A., Gryzunova N.N., Vikarchuk A.A., Romanov A.E. New Functional Materials Based on Nano-and Micro-Objects with Developed Surface //Acta Physica Polonica A. 2015. V. 128. №4. P.503-505.
2. Грызунова Н.Н., Викарчук А.А. и Тюрьков М.Н. Получение и исследование электролитических материалов с энергоемкой дефектной структурой и развитой поверхностью // Деформация и разрушение материалов. 2016. Т.2. С.13-19.
3. Мурзин С.П., Трегуб В.И., Мельников А.А., Трегуб Н.В. Применение фокусаторов излучения для создания металлических нанопористых материалов с высокой удельной площадью поверхности лазерным воздействием // Компьютерная оптика. 2013. Т.37. №2. С. 226-230.
4. Патент РФ №2384871, МПК G03F 7/00, G01N 9. Способ наноимпринт-литографии / Никитов С.А., Филимонов Ю.А., Высоцкий С.Л., Кожевников А.В., Хивинцев Ю.В., Джумалиев А.С., Никулин Ю.В., Веселов А.Г. // Бюл. №8 от 20.03.2010 г.
5. Патент РФ №2574527, МПК G03F 7/00, B82B 3/00. Способ формирования полимерных шаблонов наноструктур разной геометрии / Смардак А.С., Анисимова М.В., Огнев А.В. // Бюл. №4 от 10.02.2016.
6. Патент РФ №2336224, МПК B82B 3/00, C30B 29/62, C30B 29/06, C30B 25/00, H01L 21/027. Способ получения регулярных систем наноразмерных нитивидных кристаллов кремния / Небольсин В.А., Щетинин А.А., Дунаев А.И., Завалишин М.А. // Бюл.29 от 20.10.2008 г.
7. Патент РФ №2180160, МПК H05H 1/00, H05H 1/42. Способ получения фракталоподобных структур и устройство его осуществления / Калашников Е.В., Рачкулик С.Н. // Опубл. 27.02.2002 г.
8. Патент РФ №2212375, МПК B82B 3/00. Способ получения тонких пленок с фрактальной структурой / Серов И.Н., Марголин В.И. // Опубл. 20.09.2003 г.
9. Патент РФ №2574249, МПК B82B 1/00, H01L 21/31, H01L 21/32, C01B 31/02, B82Y 40/00. Сетчатая микро- и наноструктура, в частности для оптически прозрачных проводящих покрытий, и способ ее получения / Хартова С.В., Симунин М.М., Воронин А.С., Карпова Д.В., Шиверский А.В., Фадеев Ю.В. // Бюл. №4 от 10.02.2016.
10. Rosa L.G., Liang J. Atomic force microscope nanolithography: dip-pen, nanoshaving nanografting, tapping mode, electrochemical and thermal nanolithography // J. Phys.: Condens. Matter. 2009. V. 21(48). P. 483001.
Claims (1)
- Способ получения нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью, заключающийся в том, что в рамках метода зондовой литографии путем механического воздействия зонда на кремниевую подложку формируют пространственный профиль в виде области шириной 7 мкм и глубиной 800 нм, отличающийся тем, что дополнительно на поверхность подложки в рамках метода гидротермального синтеза наносят эквимолярный раствор ацетата цинка Zn(O2C2H3)2, гексаметилтетрамина C6H12N4 и N-цетил-N,N,N-триметиламмоний бромид, после чего проводят нагрев до 85°С, в результате чего в области пространственного профиля формируется нанолитографический рисунок с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124723A RU2655651C1 (ru) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | Способ получения нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124723A RU2655651C1 (ru) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | Способ получения нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2655651C1 true RU2655651C1 (ru) | 2018-05-29 |
Family
ID=62559968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017124723A RU2655651C1 (ru) | 2017-07-12 | 2017-07-12 | Способ получения нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2655651C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2687869C1 (ru) * | 2018-10-09 | 2019-05-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ПГУ") | Способ изготовления газового сенсора с наноструктурой со сверхразвитой поверхностью и газовый сенсор на его основе |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2007783C1 (ru) * | 1991-10-02 | 1994-02-15 | Борис Михайлович Овчинников | Способ создания наноструктур |
| RU2384871C1 (ru) * | 2008-11-26 | 2010-03-20 | Учреждение Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова, РАН | Способ наноимпринт-литографии |
| WO2013098657A1 (en) * | 2012-01-01 | 2013-07-04 | Ramot At Tel-Aviv University Ltd. | Nanostructure and process of fabricating same |
| EP2496989B1 (en) * | 2009-11-02 | 2013-10-02 | Danmarks Tekniske Universitet | Method and device for nanoimprint lithography |
| RU2574249C2 (ru) * | 2013-09-09 | 2016-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Прозрачные электроды" | Сетчатая микро- и наноструктура, в частности для оптически прозрачных проводящих покрытий, и способ её получения |
| RU2619811C1 (ru) * | 2015-12-22 | 2017-05-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Способ изготовления элементов с наноструктурами для локальных зондовых систем |
-
2017
- 2017-07-12 RU RU2017124723A patent/RU2655651C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2007783C1 (ru) * | 1991-10-02 | 1994-02-15 | Борис Михайлович Овчинников | Способ создания наноструктур |
| RU2384871C1 (ru) * | 2008-11-26 | 2010-03-20 | Учреждение Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова, РАН | Способ наноимпринт-литографии |
| EP2496989B1 (en) * | 2009-11-02 | 2013-10-02 | Danmarks Tekniske Universitet | Method and device for nanoimprint lithography |
| WO2013098657A1 (en) * | 2012-01-01 | 2013-07-04 | Ramot At Tel-Aviv University Ltd. | Nanostructure and process of fabricating same |
| RU2574249C2 (ru) * | 2013-09-09 | 2016-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Прозрачные электроды" | Сетчатая микро- и наноструктура, в частности для оптически прозрачных проводящих покрытий, и способ её получения |
| RU2619811C1 (ru) * | 2015-12-22 | 2017-05-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Способ изготовления элементов с наноструктурами для локальных зондовых систем |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2687869C1 (ru) * | 2018-10-09 | 2019-05-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ПГУ") | Способ изготовления газового сенсора с наноструктурой со сверхразвитой поверхностью и газовый сенсор на его основе |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lai et al. | Templated electrosynthesis of zinc oxide nanorods | |
| JP6772169B2 (ja) | リソグラフィーおよび他の用途において極紫外線と使用するための材料、コンポーネントおよび方法 | |
| CN103958397B (zh) | 用于制造和对准纳米线的方法和这种方法的应用 | |
| CN103868909B (zh) | 蘑菇形阵列表面增强拉曼光谱活性基底及制备方法 | |
| JP2012040878A (ja) | ナノ構造体を有する光学素子用成形型、ナノ構造体用成形型及び光学素子 | |
| CN103011058A (zh) | 利用激光直写制备三维中空微纳米功能结构的方法 | |
| Zhang et al. | Recent progress in the fabrication of SERS substrates based on the arrays of polystyrene nanospheres | |
| TW201324608A (zh) | 光阻層結構用於製作奈米尺度圖案的方法及其裝置 | |
| JP2009013038A (ja) | 超親水性／疎水性パターン化表面、アナターゼＴｉＯ２結晶パターン及びそれらの作製方法 | |
| CN104743509A (zh) | 基于缺陷诱导的半导体表面高度有序贵金属纳米结构阵列的制备方法及其应用 | |
| RU2655651C1 (ru) | Способ получения нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью | |
| CN101554991A (zh) | 一种多样性纳米结构的加工方法 | |
| RU2413330C1 (ru) | Способ получения атомно-тонких монокристаллических пленок | |
| US20160035829A1 (en) | Ultra-long silicon nanostructures, and methods of forming and transferring the same | |
| Murzin et al. | Study of the action of a femtosecond laser beam on samples of a Cu-Zn alloy | |
| RU2526066C1 (ru) | Способ получения нитевидных нанокристаллов полупроводников | |
| US8883266B2 (en) | Irradiation assisted nucleation of quantum confinements by atomic layer deposition | |
| RU2539757C1 (ru) | Способ формирования наноточек на поверхности кристалла | |
| RU2757323C1 (ru) | Способ получения нанолитографических рисунков с упорядоченной структурой со сверхразвитой поверхностью | |
| CN113502464A (zh) | 一种图案化二氧化钛纳米线阵列及其制备方法 | |
| CN108622848B (zh) | 一种大面积的三维复合纳米结构及其制备方法 | |
| RU2624983C1 (ru) | Способ получения нанолитографических рисунков с фрактальной структурой со сверхразвитой поверхностью | |
| US11158502B2 (en) | Methods of forming nano-scale and micro-scale structured materials and materials formed thereby | |
| Wen et al. | Helium Ion‐Assisted Wet Etching of Silicon Carbide with Extremely Low Roughness for High‐Quality Nanofabrication | |
| RU2771457C1 (ru) | Способ травления поверхности сапфировых пластин |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190713 |