Dep. Eng. de Sistemas Eletrônicos Escola Politécnica da USP Fabricação de nanoestruturas (Parte III) Prof. Dr. Antonio Carlos Seabra Dep. Eng. de Sistemas Eletrônicos Escola Politécnica da USP acseabra@lsi.usp.br

Litografia por Raios-X Hoje CAD Máscara(s) Litografia Óptica Litografia por Raios-X Escrita Direta Nanocarimbos Nanotecnologia

Nanoimpressão (nanocarimbos) Nanoimpressão é um tipo de impressão por contato onde as geometrias são geradas por deformação/transformação física ao invés de reações fotoquímicas Potencial Produtividade Resolução Dificuldades Defeitos Pouca capacidade de alinhamento

Nanoimpressão por Microcontato (mCP)

Litografia por Nanoimpressão (NIL)

Resultados por Nanoimpressão (NIL) Estruturas 3D Linhas de 50nm

Litografia de Impressão por Passo e Flash (SFIL)

Nanoimpressão (SFIL) SFIL (Resnick, 2003)

As três Técnicas Principais de Nanoimpressão

Litografia por Varredura de Sonda AFM, STM Arraste Pinçagem (Eigler, 1990) Exposição Dip-pen (Mirkin, 1999)

Fabricação de nanoestruturas Nanolitografia Nanocorrosão Nanodeposição

Corrosão E depois da litografia?

Taxa de Corrosão e Uniformidade Filme Resiste Substrato nm/s µm/s Uniformidade Separadas de ½ lâmina Txmin Txmin Txmax — Txmin Txmax + Txmin (%)

Anisotropia T ver Tver T hor Tx hor Txvert A = 1 —

Anisotropia Tver FET tecnologia 65nm

Seletividade e Sobrecorrosão (overetching) Filme/Resiste (Tx filme / Tx resiste ~ 4 : 1) Filme/Substrato (Tx filme / Tx substrato ~4 : 1) Sobrecorrosão 30% ~ 50% a mais de tempo de corrosão do que o tempo médio

Tipos de Corrosão Corrosão Seca Corrosão Úmida Plasma Bancadas Químicas ou Spray Corrosão Seca Plasma

Corrosão Úmida Isotrópica ou Anisotrópica Tensão Superficial Consumo de Reagentes

Corrosão Úmida Silício: HNO3 ou HF (isotrópica) KOH + IPA (anisotrópica) Dióxido de Silício: HF diluído (BHF) taxa depende do tipo de SiO2 Nitreto de Silício: H3PO4 conc. a 180°C Alumínio: 80% fosf. + 5% nit. +5% acet. + 10% água (45 °C, 10%–50% sobrecorrosão)

Corrosão a Seco Direcional (Anisotrópica) Utiliza poucos insumos Permite acompanhamento da evolução Cara e complexa

Corrosão a Seco Parâmetros (entrada) Plasma Resultados (saída) Gás / Fluxo Parâmetros (entrada) Pressão (vácuo) Fluxo Potência Tipo de Gás Plasma Lâminas Resultados (saída) Taxa Seletividade Grau de Anisotropia Uniformidade Vácuo Eletrodo Potência

Processo de Corrosão a Seco Plasma

Reações Químicas (competição)

Gases de Processo

O Efeito da Polarização DC Plasma neg. VDC

Litografia para Nanotecnologia CAD Máscara(s) Litografia Óptica Nanotecnologia Escrita Direta Nanocarimbos Litografia por Raios-X MEMS

Litografia/corrosão para MEMS e NEMS

Litografia/corrosão para MEMS e NEMS Dispositivos Ópticos Digital Light Processor! (DLP)

Litografia para Nanotecnologia CAD Litografia por Raios-X Máscara(s) Litografia Óptica MEMS Nanotecnologia Escrita Direta Nanocarimbos

Litografia/corrosão ainda na Indústria de CIs... http://www.labs.nec.co.jp/Eng/Overview/soshiki/kiso/nanotech2004.pdf

Exemplo de Aplicação

Pesando uma molécula de DNA ~90nm ~10mm ~40nm Bactéria (~1m): 665 fentogramas Virus (~100nm): 1,5 fentogramas DNA (~500nm): 995.000 Daltons (~1 attograma)

Fabricação de nanoestruturas Nanolitografia Nanocorrosão Nanodeposição

Deposição induzida por feixe FIB • vários parâmetros: energia, corrente do feixe, substrato, dose, pressão… • alta taxa de deposição para elétrons de baixa energia (1-3 kV) @ alto brilho

Deposição induzida por feixe

Deposição induzida por feixe

Precursores material/ precursor processo/ aplicação tungstênio W(CO)6 deposição platina (Me3)MeCpPt deposição óxido de silício PMCPS deposição TEOS deposição carbono, ouro, cobre, cobalto, …. deposição fluoreto de Xe XeF2 corrosão de Si, SiO2 água H2O corrosão de C

Superpontas 100 nm 50°C Superponta de AFM Raio da ordem de 5nm

Deposição de isolantes

Corrosão de trincheiras SiO2 usando XeF2 55 nm 40 nm

Estruturas tridimensionais Nb CuNb Nb

Nanodeposição de contatos

Nanodeposição e nanorroteamento de contatos Amostra com SiO2 e eletrodos de Au SWCNTs sobre SiO2 Poswicionamento aleatório de SWCNTs ( f = 1.3 nm) sobre o SiO2 Mapeamento por AFM dos SWCNTs de interesse

Nanodeposição e nanorroteamento de contatos Preparação das rotas de nanoconexão Nanodeposição…

Nanodeposição e nanorroteamento de contatos Resultados…

Prof. Dr. Antonio Carlos Seabra Dep. Eng. de Sistemas Eletrônicos Escola Politécnica da USP Contato: acseabra@lsi.usp.br Pós-graduação em microeletrônica (mestrado e doutorado): www.poli.usp.br Laboratório que atuo: Micro/Nanoeletrônica Microssensores e Sistemas Eletrônicos