电子束刻蚀超导膜的实验研究

本文论述了扫描电子束对YBa2Cu3O7-超导膜进行干法刻蚀的实验研究;试验了电子束工艺参数对刻蚀效果的影响;初步讨论了超导膜改性的机制。扫描电子束能使被刻蚀的超导膜局部改性为非超导膜,将为干法制备超导器件提供一个有效的方法。     

铁电刻蚀的研究进展

铁电刻蚀是一种新颖的刻蚀技术,在铁电研究领域日益受到重视。对铁电刻蚀的研究现状进行了综述。首先介绍了铁电极化对铁电材料表面性能的影响,然后详细阐述了铁电畴图形化的三种方法,即微电极图形化、扫描探针图形化和电子束图形化,并分析了它们的图形化机制和特点。其中微电极方法的铁电畴图形的最小尺寸为微米量级,而扫描探针和电子束方法的铁电畴图形的最小尺寸可小于100nm。与铁电畴定位的表面反应相结合,铁电刻蚀可为纳米结构的制造提供新的途径,因此在纳米器件领域具有广泛的应用前景。未来铁电刻蚀技术发展的方向是在改进铁电刻蚀技术的同时推进其在纳米器件制造中的应用。     

聚甲基丙烯酸甲酯LB膜用作高分辨率电子束抗蚀层的研究

应用LB技术制备了厚度为20100nm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)超薄高分辨率电子束抗蚀层。应用改装的日立S-450扫描电子显微镜(SEM),研究了PMMALB膜的曝光特性和刻蚀条件。结果得到线宽0.15m的铝掩模光栅图形,表明此种超薄膜具有良好的分辨率和足够的抗蚀性。     

基于软刻蚀技术的微三维结构加工方法研究

软刻蚀是通过表面带有图案的弹性模板来实现图案转移的图形复制技术,弹性印章是软刻蚀技术的核心。简单介绍了软刻蚀技术,使用SDS-3型电子束曝光机,采用重复增量扫描方式进行曝光,生成弹性印章的母版,将其硅烷化后用以制作弹性印章,再利用软刻蚀技术可进行微图形的复制,得到微三维结构。显影后得到轮廓清晰的三维结构,证明将电子束重复增量扫描曝光方式与软刻蚀技术相结合可为制作微三维结构提供一种简单、有效的低成本途径。     

电子束重复增量扫描生成三维结构的研究

针对三维曝光图形的结构特点,结合自行设计的图形发生器,提出了电子束重复增量扫描方式及曝光剂量与刻蚀深度关系和灵敏度的计算方法.根据计算得到的剂量关系,按照重复增量扫描方式,在SDS-3电子束曝光机上进行了曝光实验,显影后得到了轮廓清晰的梯锥和圆锥的三维结构.因此,重复增量扫描方式可以用于三维结构的加工,并且关于曝光剂量与刻蚀深度关系和灵敏度的计算可以为其提供符合实际曝光的参数.     

电子束重复增量扫描生成三维结构的研究

针对三维曝光图形的结构特点,结合自行设计的图形发生器,提出了电子束重复增量扫描方式及曝光剂量与刻蚀深度关系和灵敏度的计算方法.根据计算得到的剂量关系,按照重复增量扫描方式,在SDS-3电子束曝光机上进行了曝光实验,显影后得到了轮廓清晰的梯锥和圆锥的三维结构.因此,重复增量扫描方式可以用于三维结构的加工,并且关于曝光剂量与刻蚀深度关系和灵敏度的计算可以为其提供符合实际曝光的参数.     

高温超导陶瓷材料布线展望

最近,IBM研究中心在Mg与Al_2O_3衬底上淀积高温超导膜,经过光刻和注入,制作了超导干涉元件。日立制作所推出了三端子超导晶体管,并用光刻和反应刻蚀,制成了超导陶瓷磁通计。笔者设想VLSI中,能否利用半导体工艺实现超导布线,在Si上直接涂超导膜,Si易向陶瓷中扩散。美国已有在Si上涂ZrO_2作过渡层,再淀积超导膜,效果良好。     

聚甲基丙烯酸甲酯LB膜用作高分辨率电子束抗蚀层的研究

应用ＬＢ技术制备了厚度为２０－１００ｎｍ的聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）超薄高分辨率电子束抗蚀层。应用改装的日产Ｓ－４５０扫描电子显微镜（ＳＥＭ），研究了ＰＭＭＡ ＬＢ膜的曝光特性和刻蚀条件。结果得到线宽０．１５μｍ的铝掩模光栅图形，表明此种超薄膜具有良好的分辨率和足够的抗蚀性。     

基于电子束光刻的LIGA技术研究

提出了基于电子束的LIGA(Lithographie，Galvanoformung，Abformung)技术新概念。根据Grune公式就电子束能量对抗蚀剂刻蚀深度的影响进行了理论分析，并在SDS—2电子束曝光机上分别采用5keV、10keV、15keV、20keV、25keV、30keV等能量的电子束对国产胶苏州2号进行了曝光实验，得出了能量／刻蚀深度关系曲线。用5keV、30keV两种能量的电子束，通过改变曝光时间进行了曝光剂量对刻蚀深度的影响实验，得出了曝光剂量—刻蚀深度关系曲线。实验结果表明，增大电子束能量或增强曝光剂量，就可以增大刻蚀深度，证明了基于电子束光刻的LIGA技术不但是可行的，而且更易于加工各种带曲率的微器件。     

电子束光刻制造软刻蚀用母板的研究

使用通用电子束曝光机,采用一种新的电子束微三维加工的重复增量扫描方式进行曝光实验,显影后得到轮廓清晰的微三维结构,以此为制作弹性印章的母模板,经硅烷化后可用来制作弹性印章,得到弹性印章后便可再利用软刻蚀相关技术进行微图形的复制.曝光实验的结论表明采用电子束重复增量扫描方式可用来制作微三维弹性印章的母版.     

1×11亚波长结构Dammann光栅的研制

论文基于严格耦合波理论（Rigorous Coupled-Wave Analysis,RCWA）,并采用遗传算法进行优化,设计并制作了一种具有高衍射效率的亚波长结构Dammann 光栅。光栅的分束比为111,最小特征尺寸为0.95 m,衍射效率设计值达到95%,优于传统Dammann 光栅约15%,且均匀性设计值小于2%。论文采用电子束光刻直写技术和反应离子刻蚀技术在石英基底上制作出亚波长结构图形。实验结果表明,电子束扫描曝光可以获得纳米级的图形分辨率。对石英基底的反应离子刻蚀中,射频功率、工作气压及气体流量均对刻蚀速率和栅线的表面形貌产生不同程度的影响,论文主要针对该问题进行了讨论。同时,论文也对电子束光刻直写过程中产生的线宽误差因素进行了分析。     

运用精确电压衬度像技术实现精确定位的原位电子束纳米刻蚀：制造具有悬挂纳米线结构的纳米器件

本文演示了运用精确电压衬度像技术实现原位电子束纳米刻蚀技术的精确定位,并运用该技术制作成具有悬挂结构的纳米开关。通过运用精确电压衬度像定位技术,能够很好地控制偏转电极的定位,误差可减少到大约10nm。通过该技术,不用通过任何刻蚀过程只运用一次电子束纳米刻蚀,便可实现将分散的纳米线夹在两个电阻层中间形成悬挂结构。在原位电子束刻蚀的整个过程中,无需移动样品台从而消除了样品台的移动误差。因此,整个过程中不需要高精确的激光台和定位标记,从而简化了传统的电子束纳米刻蚀工艺。通过该方法制作的纳米开关随着施加电压的改变很好地实现了闭合和断开的状态。这种简化的过程提供了一种简单、低成本、快速的通过改装过的场发射扫描电子显微镜（FESEM）来制作纳米线悬挂结构的方法,并可运用该技术进一步制造多层结构和特殊的纳米器件。     

薄膜加工用考夫曼离子源的几个问题

近十年来,我国采用离子束刻蚀进行微细加工以及离子束辅助镀膜在电子和光学工业中获得了广泛应用。采用离子束增强镀膜制造超导膜、贮氢合金膜以及离子束注入表面改性等都得到了广泛的研究及应用。在这些先进的工艺中基本上都使用了考夫曼离子源,考夫曼离子源是在空间电推进技术基础上发展起来的,由于要用于空间推进,它必然要具备低气耗、低能耗、高效率、高稳定、长寿命等优点,此外它必须能产生大面积、均匀、强流的离子束。     

纳米级精细线条图形的微细加工

对分辨率极高的电子束光刻技术和高选择比、高各向异性度的ICP刻蚀技术进行了研究,形成一套以负性化学放大胶SAL-601为电子抗蚀剂的电子束光刻及ICP刻蚀的优化工艺参数,并利用这些优化参数结合电子束邻近效应校正等技术制备出剖面形貌较为清晰的30nm精细线条图形.     

纳米级精细线条图形的微细加工

对分辨率极高的电子束光刻技术和高选择比、高各向异性度的ICP刻蚀技术进行了研究,形成一套以负性化学放大胶SAL-601为电子抗蚀剂的电子束光刻及ICP刻蚀的优化工艺参数,并利用这些优化参数结合电子束邻近效应校正等技术制备出剖面形貌较为清晰的30nm精细线条图形.     

扫描隧道显微镜（STM）在纳米结构制造中的应用

本文简要地阐明了扫描隧道显微镜(STM)的工作原理,详细地介绍了STM 在纳米结构制造中的一些应用,包括 STM 诱导淀积和刻蚀,STM 直接刻写、电子束光刻和移动单个原子等。     

太赫兹探测器读出电路的单电子晶体管制备

射频单电子晶体管具有高电荷灵敏度和高读出速率的特点,可用于超导太赫兹单光子探测器产生的微弱电荷信号的读出。采用绝缘体上硅(SOI)材料制备的硅基单电子晶体管具有结构可控、工艺可重复的优点。但是,目前单电子晶体管的成品率约为30%,难以满足探测器阵列化的需求。为进一步提高单电子晶体管成品率,首先采用电子束零宽度线曝光工艺精确设定单电子晶体管的图形,其次对感应耦合等离子体刻蚀工艺中的气氛比例进行优化,实现电子束曝光图形的良好转移。最后通过降低氧化温度进一步保持了图形转移的准确度。单电子晶体管的隧穿势垒宽度得到了良好的控制,使成品率提高到90%,增强了单电子晶体管作为阵列化超导太赫兹单光子探测器读出电路的可行性。     

GH3230高温合金绿光飞秒激光的刻蚀特性

飞秒激光以其超窄脉宽和超高光强等特性被广泛应用于各种金属材料的加工。本课题组采用波长为515 nm的绿光飞秒激光器对GH3230镍基高温合金进行刻蚀试验，研究了GH3230高温合金的绿光飞秒激光刻蚀阈值、刻蚀率和极限刻蚀深度。结果表明：相比于红外飞秒激光，绿光飞秒激光的刻蚀阈值明显降低，刻蚀率显著提高；与红外飞秒激光刻蚀类似，随着刻蚀次数增加，刻蚀深度增大，但当刻蚀次数增加到一定值后，刻蚀深度出现饱和现象；激光能量密度越高，极限刻蚀深度越大；改变扫描策略进行双道刻蚀时，通过增加刻缝宽度可以增大刻蚀深度；激光诱导等离子体是影响刻蚀深度的主要因素。     

微米亚微米矩形光栅衍射特性的实验研究

本文应用微电子制板技术、电子束扫描曝光和离子刻蚀技术研制成功微米、亚微米级宽度的矩形光栅结构，并对其进行了衍射特性的研究。实验测试数据表明了当光栅的周期接近使用的照明光的波长时，具有明显的矢时衍射特性。     

干法刻蚀技术的进展

干法刻蚀从简单的去胶和有机物灰化这样的刻蚀初始阶段,经过了各种材料刻蚀工艺条件的选择和提高刻蚀图形的精确性、选择性等第二阶段,目前已发展到了第三阶段。在这个阶段里,刻蚀损伤和表面污染等问题为人们所重视,各种机械方面的要求(如晶片传送机构的可靠性)正在得到满足,并且获得了可控的倾斜刻蚀。在各个阶段中,相继出现了种类繁多的干法刻蚀结构。实际上,按刻蚀机理划分可以归纳出五种:物理刻蚀、化学刻蚀、化学与物理刻蚀、光与化学刻蚀、电子束与化学刻蚀。现阶段基于化学与物理机理的反应离子刻蚀结构得到了广泛应用,看来在未来相当一段时间内它将继续占据优势地位。而有前途的是基于光与化学机理和电子束与化学机理的刻蚀结构。