Methoden zur Herstellung von Nanostrukturen

wegen vergleicht man einen Mikrochip aus dem Jahre 1900 71 mit einem heute gebräuchlichen so fällt auf dass die Industrie eine rapide Entwicklung durchlaufen hat ich ohne diese würden viele Dinge aus unserem Alltag nicht in dieser Form existieren ein heutiger Prozessor besitzt etwa 730 Millionen Transistoren bei einer Gesamtgröße ohne Gehäuse von circa 260 Quadratmillimetern wie sehr die Miniaturisierung der Transistoren pro Mikrochip fortschreitet zeigt ein Vergleich der Prozessor und der letzten Jahrzehnte nur einer der Mitbegründer von Intel sagte in den sechziger Jahren voraus dass sich die Anzahl der Transistoren pro Fläche etwa alle 2 Jahre verdoppeln würde inzwischen ist die fast alle 18 Monate der Fall diese Optimierung ist zum großen Teil dem Fortschritt der Nanotechnologie zu verdanken genauer gesagt der Herstellung von Nanostrukturen das heißt Strukturen zwischen 1 und 100 Nanometer der wichtigste Schritt bei der Herstellung von Nanostrukturen ist die so genannte Lithographie hierbei zunächst die Struktur in einem Lokal veränderbaren Material erzeugt diese kann dann in einem 2. Schritt auf das gewünschte Objekt übertragen werden dies geschieht gemäß den Dimensionen die durch die Lithographie vorgegeben wurden je bei den Lithographie Techniken wird grundlegend zwischen den sogenannten Bildungs Verfahren und den direkten Schreibverfahren unterschieden bei einer Bildungs Verfahren wird auf das Substrat ein Licht oder Teilchen empfindliche Filmen der sogenannte Fotolack aufgebracht das gewünschte Design wird durch eine Maske mittels Photonen die Ionen Elektronen oder Atomen auf das Substrat abgebildet je nach Beschaffenheit des verwendeten Foto Lachs erhält man unterschiedliche Ergebnisse handelt es sich um einen positiven sagt zu wird durch die Belichtung die Löslichkeit gesteigert und die belichteten Stellen können während der Entwicklung gleicht gelöst werden wenn man hingegen einen negativen Fotolack verwendet wird die Löslichkeit der belichteten Stellen reduziert und diese bleiben nach der Entwicklung erhalten kommen wir nun zu den direkten Schreibverfahren hierbei wird ein Gijon oder Elektronenstrahl verwendet der das gewünschte Design direkt auf das Material überträgt dieses wird durch einen Computer aufgearbeitet werden Strahl direkt steuert beide Verfahrenstypen haben ihre

Vor-und Nachteile besonders im Hinblick auf Schreibgeschwindigkeit und Auflösungsvermögen betrachten wir nun die eine Methode dieser beiden Techniken genauer hierfür betreten wir das nahm Labor der Universität Konstanz

kann er um bei der Herstellung kleinster Strukturen Verunreinigungen zu

vermeiden sind einige Vorkehrungen bezüglich Arbeitskleidung und Räumlichkeiten treffen und wandern Labor handelt es sich um einen

Reinraum der Klasse Tausend in das heißt Tausend Partikel pro Kubikfuß sind möglich in der Industrie sind reine wollen mit der Klasse 10 bis 100 Standard beginnen wollen wir mit den gebräuchlichsten Abwicklungsverfahren der UV Lithographie

zunächst wird auf das Substrat der Fotolack aufgebracht dies geschieht mittels der so genannten Black

schleudert der Drehgeschwindigkeit und die

Zähigkeit des verwendeten Lachs bestimmen die

resultierende Schichtdicke die typischerweise im Bereich wenige Mikrometer dick

anschließend wird das Substrat kurz erhitzt um das Lösungsmittel vom Lack zu entfernen

und so mit die Haft Festigkeit zu verbessern waren nun kommen wir zur

Belichtung hierfür benötigen wir die zuvor

angefertigte Maske die das gewünschte Design enthält also Frau Lichtquelle wird eine

Quecksilberdampflampe verwendet nun führen wir das

Substrat ein und ich es bei einem

positiven Fotolack werden dadurch die Bindungen

gebrochen und die belichteten Stellen sind so leichter wird die wir verwenden einen negativen Wert

bei denen die Belichtung zu Mehr Bindungen führt das Molekül Gewicht steigt was zu einer schlechteren Lösbarkeit der bestrahlten Flächen führt bei einem nächsten Schritt wird das Substrat in

den Entwickler getaucht in unserem Fall werden

dadurch die nicht belichteten Stellen gelöst wir erhalten eine negativ das von der Maske

vorgegebenen Muster dieses können wir nun unter dem

Lichtmikroskop betrachten schauen wir nun wie die

Herstellung bei einem direkten Schreibverfahren funktioniert hierfür verwenden wir einen fokussierten Ionenstrahl wobei die vor

uns liegende 2 Strahl Anlage auch für Elektronenstrahl Lithographie genutzt werden kann und das gleichzeitige beobachten und Bearbeiten des Materials ermöglicht hier befindet sich die EU und als die Ionenquelle

wird eine Flüssigkeit Heilquelle genutzt die sich am oberen Ende der sollte befindet die Gijon solle ähnelt einer Elektronen solle beim Rasterelektronenmikroskop nur werden elektrostatische Linsen statt elektromagnetische verwendet die Ionen zumeist Gallium Dijon werden auf 30 Kiloelektronenvolt beschleunigt und mittels eines jeden Systems auf die Probe fokussiert der Durchmesser des und strahlt beträgt dann nur noch 5 bis 7 Nanometer nun führen wir das Substrat in die so genannte 2. Kammer ein

dort herrscht Ruh war in

dieses aufrecht zu erhalten müssen wir die Probe zunächst schleusen das Innere der großen Kammer

können wir auf dem Bildschirm .punkt rechts sehen wir die jungen

sollen und links die Elektro solle auf

dem rechten oberen Bildschirm sehen wir das gewünschte Design dieses wollen Sie auf die Probe übertragen der Strahl in die Probenoberfläche

ab dabei so strahlend ausblenden dafür dass der Strahl gemäß dem Dateninput ein und ausgeschaltet wird umso das gewünschte Muster zu reproduzieren wenn die EU auf das Substrat treffen übertragen sie Energie auf die Oberflächenatome der Probe und schlagen diese heraus die typische Ausbeute hierbei beträgt 1 bis 10 Atome pro Joe bei diesem Vorgang werden auch Elektronen dementiert diese sogenannten Sekunde der Elektronen können von einem Detektor aufgefangen werden und so dafür genutzt werden die Oberfläche abzubilden bei einer 2. Strahl Anlage kann sich hier vorliegt kann die werden solle zur gleichzeitigen Abbildung genutzt werden wo kommen wir nun zu einem Vergleich der beiden Methoden wie die optische Lithographie mittels UV Strahlung ist ein paralleles Verfahren das heißt der Durchsatz ist sehr hoch und soll mit gut zur Massenproduktion geeignet und deshalb handelt es sich dabei auch ein Standardverfahren in der Mikroelektronik durch technische Kniffe kann die minimale Auflösung zwar verringert werden ist aber immer noch schlechter als die der direkten Verfahren hier kann durch die Verwendung eines fokussierten Ionenstrahl mittlerweile eine minimale Auflösung von 8 Nanometer erreicht werden mit der Elektronenstrahl Lithographie Technik ist sogar ein Nanometer möglich allerdings handelt es sich um einen seriellen Arbeitsprozess direkte Schreibverfahren eignen sich also der nicht für die Massenproduktion sie werden vielmehr zum 1. Herstellung oder Masken Reparatur für die optische Lithographie verwendet .punkt die neuesten Mikrochips wie sie seit 2010 auf dem Markt sind haben eine Strukturbreite von 32 Nanometern sie werden mittels der sogenannten Immersionslithografie hergestellt eine Weiterentwicklung der optischen Lithographie Technik hierbei wird ein Medium mit höheren Brechungsindex zum Beispiel Wasser oberhalb des zu berichteten Lachs eingebracht außerdem wird mit Licht im tiefen Bereich gearbeitet die Markteinführung von 22 Nanometer Prozessoren wurde bereits angekündigt um den Fortschritt in der Strukturverkleinerung weiterhin zu gewährleisten und in den Bereich unterhalb von 20 Nanometer zu gelangen gilt die extrem Frau Lithographie als eine der vielversprechendsten betont hierbei wird weiche Röntgenstrahlung verwendet was zu hohen technischen Herausforderungen führen für diese Strahlung gibt es keine bekannten transparenten Materialien wenn sie wird sogar durch Gase absorbiert außerdem ist für die Erzeugung von extrem UV Strahlung Plasma erforderlich wofür man leistungsstarke Laser benötigt wie lange die Miniaturisierung fortschreiten kann bleibt abzuwarten hierbei Beispielen quantenmechanische Effekte Materialeigenschaften und Produktionskosten eine entscheidende Rolle Hunden und für und und und und und und und und und und und haben daher wir haben nur die her und ja genau dem ja