第12章表面微细加工技术-用概述.ppt

12.2 微细加工技术典型应用实例 12.2.1 集成电路的制造过程 与集成电路有关的微细加工技术主要有： （1）外延生长工艺 （2）氧化工艺 （3）光刻工艺 （4）掺杂扩散工艺 （5）真空镀膜工艺 12.2.2 微型机电系统 * “原子” 与此同时，他们还在Cu表面上成功地用101个Fe原子写下“原子”二个迄今为止最小的汉字，如图所示。采取这种十分简单的方法就可以移动吸附在Cu表面上的Fe原子，是因为金属原子Cu和Fe之间的结合(金属键)比较弱，无须很大的力就可以将它们拉 断。 * “中国” 1994年中科院北京真空物理实验室在Si（111）7?7表面利用STM针尖加电脉冲移走Si原子形成沟槽，写出了“中国”、“100”等字的图形结构，如图7-10所示。该项原子操纵技术被我国两院院士评为1994年十大科技进展之一。由于这些字的比划不是沿着Si（111）7?7晶胞的基矢方向，因此边界较为粗糙。 * 球场状围栏 他们还在Cu表面上成功地用78个Fe原子组成了球场状围栏。 * 4.用STM搬迁移动硅原子 自1993年以来，黄德欢研究小组使用工作在室温下的超高真空STM在Si表面上进行了大量的单原子操纵实验和理论研究。Si是半导体工业和微电子工业的基础。如果能够在Si表面进行单原子操纵，制备各种需要的原子尺度器件和人工结构，其意义是显而易见的。因此发展Si表面的原子操纵技术，具有更好的应用前景。 * 5.用STM搬迁移动C60大分子 用STM也可以移动吸附在样品表面上尺度较大的分子。图是在Cu表面上移动C60分子的一个实例。用STM针尖一个接一个地将C60分子有序地移动。其操作过程就像拨打中国的算盘珠子。不过作为算盘珠子的C60 分子实在是太小了，只有0.7nm。 * 1.1.2 单原子的提取 1.从MoS2样品表面提取去除S原子 1991年，日立中央研究所(HCRL) 曾经在室温条件下，应用电压脉冲方法成功地提取MoS2表面上的S原子并用遗留下的原子空穴构成了“PEACE’91 HCRL” 的字样。加工的字小于1.5nm，至今仍然保持着最小字的世界记录。 * 2. 从Si样品表面提取去除Si原子 当将STM针尖置于Si表面上某个预定的Si原子上方约1.0nm处，然后对表面施加一个-5.5V，30ms的电压脉冲时，这个Si原子能够在电场蒸发的作用下而被提取。图 (a)和(b)分别给出了施加电压脉冲前后相同原子表面处的STM图像，由图中可以看出，图(a)中箭头所指的Si原子在图(b)中已经被提取。目前，这种单原子操纵实验的重复精度已经可以达到30％-40％。 * 2.从Si样品表面提取去除Si原子 对于加工原子结构，仅能提取指定位置上的某个原子是不够的，而是能在指定的位置进行连续的原子操纵，包括提取和放置原子。下面举两个例子。在图(a)Si表面的5个角吸附原子已在12个对表面施加的电压脉冲(-5.5V，30ms)的电场蒸发作用下被移走；而图 (b) 5个中心吸附原子则是在9个相同的电压脉冲条件下被移走的。 * 单原子提取的机理 单原子提取有各种可能的机理。一是在强电场的作用下，键断裂，自由原子通过表面扩散到达一新的位置(图a)；二是自由原子与STM针尖原子碰撞，而散射到一新的位置(图b)；三是自由原子先吸附在针尖上，然后在某种条件下，离开针尖，重新回到样品表面(图c)。 * 1.1.3单原子的放置 STM还可以在电场蒸发的作用下将单个Si原子放置到表面上任意预定的位置。通俗地讲，根据被放置的原子的来源，单原子的放置可分为如下三种方式 (1)铅笔法：所放置的原子直接来源于STM针尖的材料。 (2)蘸水笔法：所放置的原子不是来源于STM针尖的材料而是先用针尖从样品上的某处提取一些原子，然后再将这些吸附在针尖上的原子一个一个地放置到所需的特定的位置上去。 (3)钢笔法：这种方式则是寻找一种方法将某种所需的原子源源不断地供给到STM针尖上，再源源不断地放置到样品表面上去。 * 单原子操纵小结 总之，STM的出现为人类认识和改造微观世界提供了一个极其重要的新型工具。随着它的理论和实验技术的日益完善，它必将在单原子操纵和纳米技术等诸多研究领域中得到越来越广泛的应用。 50 μm 图4-3 X射线刻蚀的三维实体 LIGA特点 用材广泛，可以是金属及其合金、陶瓷、聚合物、玻璃等 可以制作高度达0.1～0.5mm，高宽比大于200的三维微