电子束光刻在纳米加工及器件制备中的应用

电子束光刻技术是推动微米电子学和微纳米加工发展的关键技术,尤其在纳米制造领域中起着不可替代的作用。介绍了中国科学院微电子研究所拥有JEOLJBX5000LS、JBX6300FS纳米电子束光刻系统和电子显微镜系统的电子束光刻技术实验室,利用电子束直写系统所开展的纳米器件和纳米结构制造工艺技术方面的研究。重点阐述了如何利用电子束直写技术实现纳米器件和纳米结构的电子束光刻。针对电子束光刻效率低和电子束光刻邻近效应等问题所采取的措施;采用无宽度线曝光技术和高分辨率、高反差、低灵敏度电子抗蚀剂相结合实现电子束纳米尺度光刻以及采用电子束光刻与X射线曝光相结合的技术实现高高宽比的纳米尺度结构的加工等具体工艺技术问题展开讨论。     

高斯电子束曝光系统

电子束光刻技术是纳米级加工技术的主要手段,在纳米器件加工、掩模制造、新器件新结构加工中扮演举足轻重的角色。虽然现在最先进的电子束聚焦技术可以得到几个纳米的电子束斑,但是由于邻近效应问题,依然很难使用电子束光刻技术得到接近其理论极限的纳米尺度图形,对电子束曝光系统的基本原理及其邻近效应校正技术进行了研究,并得到一些比较理想的曝光结果。     

电子束光刻技术的原理及其在微纳加工与纳米器件制备中的应用

电子束光刻是微电子技术领域重要的光刻技术之一,它可以制备特征尺寸10nm甚至更小的图形.随着电子束曝光机越来越多地进入科研领域,它在微纳加工、纳米结构的特性研究和纳米器件的制备等方面都呈现出重要的应用价值.本文以几种常见的电子束曝光机为例,说明电子束光刻的工作原理和关键技术,并给出一些它在纳米器件和微纳加工方面的应用实例.     

微光刻与微/纳米加工技术

介绍了微电子技术的关键工艺技术——微光刻与微/纳米加工技术,回顾了中国制版光刻与微/纳米加工技术的发展历程与现状,讨论了微光刻与微/纳米加工技术面临的挑战与需要解决的关键技术问题,并介绍了光学光刻分辨率增强技术、下一代光刻技术、可制造性设计技术、纳米结构图形加工技术与纳米CMOS器件研究等问题。近年来,中国科学院微电子研究所通过光学光刻系统的分辨率增强技术(RET),实现亚波长纳米结构图形的制造,并通过应用光学光刻系统和电子束光刻系统之间的匹配与混合光刻技术及纳米结构图形加工技术成功研制了20～50nm CMOS器件和100nm HEMT器件。     

电子束纳米焊接与纳米切割

对小到1 nm大到100 nm的"纳米尺度",目前并没有成熟的原位物理加工技术.我们演示高强度电子束技术在纳米尺度上应用于原位物理加工的潜力,将高亮度场发射透射电子显微镜的电子束汇聚到直径1 nm左右,可得到强度为1096 A/cm2量级的电子束.这样的电子束可被用来在直径几十纳米的单根金属或硅纳米线上实现结构修饰,切割出小孔、窄桥及缝隙等各类纳米尺度的图案结构.强度稍弱的电子束则可被用来实现在金属纳米线之间,或者金属纳米线与硅纳米线之间的焊接,也可被用于去除纳米线表面的氧化层.这些物理加工机制涉及高能电子穿越固体时各类非弹性散射造成的加热、非晶化、溅射、等离子气化等非线性效应.作为一项无污染且作用范围非常局域化的原位技术,它可直接应用于纳米结和纳米器件的修饰与制备.     

纳米结构制备技术

随着纳米加工技术的发展,纳米结构器件必将成为将来的集成电路的基础.本文介绍了几种用电子束光刻、反应离子刻蚀方法制备硅量子线、量子点和用电子束光刻、电子束蒸发以及剥离技术制备纳米金属栅的工艺方法;用这种工艺方法在P型SIMOX硅片上成功制造的一种单电子晶体管,在其电流电压-特性上观测到明显的库仑阻塞效应和单电子隧穿效应.     

聚焦电子束辐照诱导喷金SiOx纳米线新型结构加工

在纳米加工技术中,利用透射电子显微镜(TEM)中的电子束辐照诱导低维纳米材料制备异质结构的加工方式因具有广阔的应用前景而备受瞩目.利用成熟的聚焦电子束原位辐照技术,通过改变电子束辐照时的强度和位置对喷金非晶SiOx纳米线进行原位辐照,诱导其结构发生变化,从而实现结构加工.实验结果显示,当束斑直径大于纳米线直径的聚焦电子...     

超精细纳米结构加工技术

利用高能会聚电子束的辐照损伤能力,在300 kV高分辨透射电镜中成功加工出小于5 nm的超精细纳米结构.加工精度在特征尺寸和空间位置上可同时达到一个纳米.加工的纳米结构具有原子尺度的边界,并可以通过高分辨像直接监视纳米结构的形成过程.这种技术可以广泛应用于各种无机材料,尤其适用于无机化合物.结合自动控制,这种技术可以用于加工任意复杂的二维纳米结构.     

电子束光刻技术与图形数据处理技术

介绍了微纳米加工领域的关键工艺技术——电子束光刻技术与图形数据处理技术,包括:电子束直写技术、电子束邻近效应校正技术、光学曝光系统与电子束曝光系统之间的匹配与混合光刻技术、电子束曝光工艺技术、微光刻图形数据处理与数据转换技术以及电子束邻近效应校正图形数据处理技术。重点推荐应用于电子束光刻的几种常用抗蚀剂的主要工艺条件与参考值,同时推荐了可以在集成电路版图编辑软件L-Edit中方便调用的应用于绘制含有任意角度单元图形和任意函数曲线的复杂图形编辑模块。     

基于扫描隧道显微镜的纳米加工技术

介绍了具有原子级分辨率的扫描隧道显微镜(STM)的工作原理及其相对于传统的电子束加工所具有的技术优势,阐述了STM在纳米加工中的应用和需要解决的技术难题。     

涡旋光束的几何坐标变换技术及应用研究进展（特邀）

涡旋光场因其具有光学轨道角动量（Orbital angular momentum, OAM）而倍受关注。OAM这一独特物理特征赋予了涡旋光场一个无限高维的空间自由度，同时也引发了光场奇特的干涉、衍射、传输等性质。OAM识别和探测技术的发展是涡旋光从基础研究走向应用的关键。文中聚焦于OAM探测领域的一个重点研究方向——涡旋光几何坐标变换技术。详细介绍了该技术的基本原理、优势特点、研究进展和应用情况。涡旋光几何坐标变换是指通过特殊的调制相位设计，使涡旋光束的空间几何结构发生特殊的变化，从而可通过简单透镜聚焦等方法实现OAM模式的识别、分选等。相较于传统的涡旋光识别和探测技术，涡旋光的几何坐标变换这一新兴技术具有器件无源、无能量损耗、结构紧凑、价格低廉等突出优势，成为涡旋光的空间分离和解复用的高效有力工具，为涡旋光束在经典/量子态密度测量、OAM乘除法器、经典光通信和量子纠缠等前沿应用提供了全新的研究平台，蕴含巨大的发展潜力，具有广阔的发展空间。     

光刻与微纳制造技术的研究现状及展望

首先介绍了微纳制造的关键工艺技术——光刻技术。回顾了光刻技术的发展历程,介绍了各阶段主流光刻技术的基本原理和特点。阐述了国内外对光刻技术的研究现状,并讨论了光刻与微纳制造技术面临的挑战及其需要解决的关键性技术问题。然后重点介绍了浸没光刻、极紫外光刻、电子束光刻、离子束光刻、X射线光刻、纳米压印光刻等技术的概念、发展过程和特点,并对不同光刻技术的优缺点和生产适用条件进行了比较。最后结合国内外生产商、工程师和研究学者的研究成果,对光刻技术的未来发展做出展望。     

基于液晶材料的光束偏转技术研究进展

基于液晶材料的光束偏转系统具有高精度、低功耗、系统轻便、可随机指向等优点。介绍了该技术国内外研究动态;详细阐述了基于液晶材料光束偏转系统的基本原理、性能指标、研究进展及发展瓶颈;介绍了液晶材料与大角度步进器件组合使用实现大视场角光束偏转的几种新型技术;综合比较评价了各种液晶光束偏转技术发展前景;对新型液晶光束偏转技术发展方向作了展望。     

Si基中短波双色HgCdTe材料生长及表征

报道了碲镉汞(MCT)分子束外延(MBE)的最新研究进展。基于现有Si基中波、短波HgCdTe材料工艺基础,开发获得了Si基中短波双色HgCdTe材料的生长工艺。使用反射式高能电子衍射分析在线监测生长过程,优化了Si基中短波双色HgCdTe材料生长工艺。获得了具有良好晶体质量的Si基中短波双色HgCdTe材料。     

应用于微波无线能量传输系统的发射波束技术

概述了微波无线能量传输系统的研究现状及其基本原理,从可提高波束能量的一些特殊口径场以及先进的天线技术角度,分别按Whisper波束、超增益天线、平顶波束、聚焦天线技术、非衍射天线进行介绍。最后对微波能量传输系统中发射技术的未来发展趋势进行了展望。     

纳米技术的研究现状与将来

纳米科学技术将成为２１世纪最重要的高技术之一。纳米技术的最终目标是直接操纵单个原子和分子，制造量子功能器件，从而开拓人类崭新的生产生活模式。文章评述利用电子束、离子束的精细技术和ＳＴＭ原子操纵技术的研究现状，介绍原子层蚀刻，单层抗蚀剂自形成蚀刻，纳米自然蚀刻和电子束全息纳米蚀刻等高技术前沿动态，展望纳米技术的发展前景。     

激光清洗技术的应用

在制造业,清洗加工零件的传统方法很多,但随着对环境保护的提倡和对零件的高精度要求,激光微细加工技术异军突起,激光清洗技术也应运而生.本文结合作者的研究工作,介绍了激光清洗技术的原理和方法,讨论了利用脉冲YAG激光清洗精密加工零件的技术,并对其前景进行了展望.     

角度限制散射投影电子束光刻

角度限制散射投影电子束光刻（SCALPEL）采用并行投影技术,具有分辨率高、曝光范围大的特点,可望获得远比电子束直写光刻高的产量。本文介绍了SCALPEL的原理、特点及该技术的研究进展情况。     

激光相干合成的研究进展

基于相干合成的新型高能激光体系结构是高能激光技术发展的重要方向.报道利用主动相位控制和自组织相干实现多路光纤放大器以及光纤-板条混合放大链路相干合成的最新实验结果.