Technische Universiteit Delft
Elektronengeïnduceerde depositie
door M&C
Promotie van De heer Ir. W.F. van Dorp: "Sub-10 nm focused electron
beam induced deposition"
22 februari 2008 | 12:30 uur
plaats:
De heer Ir. W.F. van Dorp | materiaalkundig ingenieur, Nederland
promotor | Prof.dr.ir. P. Kruit (TNW)
Bij elektronengeïnduceerde depositie (EBID) worden precursormoleculen
die op een oppervlak zijn geadsorbeerd, ontleed onder invloed van een
gefocuseerde elektronenbundel. De niet-vluchtige delen hechten aan het
substraat en vormen het deposiet. De vluchtige delen worden weggepompt
door het vacuumsysteem.
In het project dat aan het hier beschreven werk voorafging, werd
onderzocht wat er voor nodig was om met EBID kleiner te kunnen
schrijven dan 10-15 nm (de toen-malige grens). Een strategie werd
gevonden en gedemonstreerd met het schrijven van 2 nm brede
contaminatielijnen. Het hier beschreven werk heeft als doel het
bereiken van de volgende grens
gebruikmakend van een organometallische precursor.
Allereerst is de literatuur van de afgelopen 70 jaar kritisch bekeken.
Deze studie wijst uit dat de fysische processen die bij EBID een rol
spelen, over het algemeen goed zijn begrepen. Met modellen voor
verstrooiing van elektronen in een vaste stof en
elektronengeïnduceerde opwarming en kennis van groeiregimes kunnen de
meeste resultaten verklaard worden. Het overzicht brengt ook
onduidelijkheden naar voren. Dat de doorsnedes voor verstrooiing van
elektronen in vaste stof en voor het ontleden van precursormoleculen
niet goed bekend zijn, bemoeilijkt de interpretatie van resultaten van
experimenten waar de energie van de elektronen gevarieerd is. Dit
vindt zijn oorzaak in het beperkte begrip van de manier waarop
elektronen precursor-moleculen ontleden. Dit mechanisme is (o.a.)
bepalend voor de zuiverheid van het deposiet en meer begrip is nodig
om de voordelen van EBID ten volste te benutten.
Het groeigedrag in het sub-10 nm regime is bestudeerd door lijnen en
arrays van puntjes te schrijven met W(CO)6. De kleinste gemiddelde
waarden die gevonden zijn voor de breedte bij halve hoogte, zijn 1.9
nm voor lijnen en 0.72 nm voor puntjes. Dit zijn wereldrecords en voor
het eerst is aangetoond dat groei op deze schaal bepaald wordt door
willekeurige processen. De deposieten bevatten zo weinig moleculen,
dat de telstatistiek zichtbaar wordt. Het gevolg is dat, ondanks
identieke omstandigheden, de deposieten niet identiek zijn. De
neergelegde massa varieert van puntje tot puntje en nucleatie gebeurt
niet precies op de belichte plek, maar willekeurig daar omheen. Het
gevolg is dat puntjes in het begin van het groeiproces asymmetrisch
zijn.
Het volgen van het annular dark field signaal tijdens de groei biedt
meer inzicht in het groeiproces. Het blijkt dat de groeisnelheid
tijdens het schrijven niet constant is. Het groeiproces kan met deze
methode ook worden beheerst, bijvoorbeeld om te voorkomen dat de groei
beïnvloed wordt door de nabijheid van andere deposieten.
De hoeveelheid neergelegd materiaal is gekwantificeerd met metingen
met een atomaire krachtmicroscoop. De verdelingen van het neergelegde
volume als functie van de schrijftijd lijken sterk op
Poissonverdelingen. Dat impliceert dat de puntjes bestaan uit een
discreet aantal eenheden. Door Poissonverdelingen met de
volumeverdelingen te vergelijken, is bepaald dat het volume van zo'n
eenheid 0.4 nm3 is. Dit is bijna net zo klein als een enkel W(CO)6
molecuul in de vaste fase.
Het hier beschreven werk opent een geheel nieuw gebied voor patronen
van 20 tot minder dan 1 nm en brengt de ultieme resolutie van enkele
moleculen binnen bereik.