La technologie des faisceaux d’ions hélium (HIB) joue un rôle important dans les domaines extrêmes de la nanofabrication. En raison de sa haute résolution et de sa sensibilité, la technologie de nanofabrication HIB est largement utilisée pour modéliser des nanostructures en composants, dispositifs ou systèmes dans des applications de circuits intégrés, de sciences des matériaux, de nano-optique et de biosciences. La nanofabrication basée sur HIB comprend le fraisage à écriture directe, le dépôt induit par faisceau ionique et la lithographie à écriture directe sans avoir besoin de résister à l’assistance. Leurs applications à l’échelle nanométrique ont également été évaluées dans les domaines des circuits intégrés, des sciences des matériaux, de la nano-optique et des sciences biologiques.
Dans un nouvel article publié dans le Journal international de la fabrication extrêmeune équipe de chercheurs, dirigée par le Dr Deqiang Wang du Chongqing Key Laboratory of Multi-scale Manufacturing Technology, Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Chinese Academy of Sciences, PR China, ont résumé en détail les processus extrêmes et les applications de la nanofabrication HIB .
L’objectif principal de cette revue est d’aborder les derniers développements de la technologie HIB avec leurs capacités de traitement extrêmes et leurs applications répandues dans la nanofabrication. Sur la base de l’introduction du système HIM avec GFIS, les caractéristiques de performance et les avantages de la technologie HIB ont été discutés en premier. Par la suite, certaines questions sur les processus et applications extrêmes de la nanofabrication HIB ont été abordées : Combien de processus et applications extrêmes de la technologie HIB ont été développés en nanofabrication pour les circuits intégrés, les sciences des matériaux, la nano-optique et les applications bio-sciences ? Quels sont les principaux défis de la nanofabrication extrême avec la technologie HIB pour les applications à haute résolution et sensibilité ?
HIM présente les avantages d’une résolution et d’une sensibilité élevées pour les fabrications de nanostructures extrêmes. La nanofabrication basée sur HIB comprend le fraisage à écriture directe, le dépôt induit par faisceau ionique et la lithographie à écriture directe sans avoir besoin de résister à l’assistance. Leurs applications à l’échelle nanométrique ont également été évaluées dans les domaines des circuits intégrés, des sciences des matériaux, de la nano-optique et des sciences biologiques. Cette revue couvre principalement quatre applications thématiques des HIB : 1) l’imagerie par microscopie à ions hélium (HIM) pour les échantillons biologiques et les semi-conducteurs ; 2) Fraisage et gonflement HIB pour la fabrication de nanopores 2D/3D ; 3) dépôt induit par HIB pour les nanopiliers, les nanofils et les nanostructures 3D ; 4) écriture directe HIB supplémentaire pour les nanostructures de résine, de graphène et plasmoniques.
La technologie HIB est utilisée pour l’imagerie à contraste élevé et haute résolution de matériaux conducteurs, semi-conducteurs, isolants et d’échantillons biologiques. Bien que les ions entrent en collision avec l’échantillon cible, ce sera mieux que l’imagerie SEM conventionnelle. La technologie HIB ciblée présente des avantages distincts dans la nanofabrication, y compris les processus de fraisage pour le contrôle local de l’épaisseur et la fabrication de nanostructures dans des membranes autoportantes ou des matériaux en vrac. Cependant, l’amorphisation et l’implantation d’hélium peuvent endommager l’échantillon lors du broyage HIB sur des substrats en vrac. Par conséquent, l’optimisation de la dose d’ions, de l’énergie du faisceau et du débit de dose HIB est essentielle pour la manipulation de l’épaisseur locale et le contrôle de la précision de la topographie dans la fabrication de nanostructures. Le dépôt induit par faisceau ionique est une technologie de nanofabrication importante, qui peut modifier les propriétés des matériaux en fonction de l’interaction entre le faisceau ionique et les matériaux. Le développement du dépôt induit par HIB est une technique raisonnable et appropriée pour ces applications spécifiques de nanofabrication en raison de la masse légère des ions hélium et des propriétés électriques différentes entre l’hélium inerte et le gallium électroactif. En raison de la taille du spot inférieure au nanomètre, le HIB focalisé est utilisé comme un nouveau faisceau d’exposition d’écriture directe à haute résolution pour la nanofabrication. Selon sa haute résolution, son rendement SE élevé et son faible effet de proximité, l’écriture directe HIB est égale ou supérieure à la lithographie par faisceau d’électrons pour la fabrication de dispositifs nanoélectroniques. De plus, en raison de la masse relativement faible, les ions hélium sont moins endommagés que d’autres particules telles que les électrons et les ions gallium pour les substrats cibles exposés.
Le professeur Deqiang Wang (directeur du Chongqing Key Laboratory of Multi-scale Manufacturing Technology, CIGIT), le professeur Wen-Di Li, le professeur Wei Wu, le Dr Shixuan He et le Dr Rong Tian ont identifié quelques défis critiques dans les processus extrêmes et applications de la nanofabrication HIB comme suit :
« Pour la nanofabrication extrême, les nanopores à l’échelle nanométrique qui sont bénéfiques pour la reconnaissance de base unique des séquences d’ADN/ARN peuvent être fabriqués par broyage HIB sur une membrane de nitrure de silicium amincie ou du graphène en suspension. L’amorphisation pendant le processus de broyage favorise la formation de nanopores 3D spécifiques, qui peut être utilisé pour des applications potentielles en nano-optique et en biosciences. »
« La réaction chimique des molécules de gaz précurseur adsorbées sur la surface induite par HIB entraîne le dépôt direct de structures 3D programmées à l’échelle nanométrique. »
« L’écriture directe HIB sans résistance assistée est utilisée pour modéliser des nanocanaux, des nanorubans et des nanostructures inférieurs à 10 nm pour des dispositifs fonctionnels à l’échelle nanométrique. »
« L’imagerie HIM et la nanofabrication HIB doivent tenir compte des dommages inévitables causés par la collision entre les ions d’hélium et le substrat de la sonde. La technologie HIB a un rendement de pulvérisation inférieur mais peut produire des dommages plus importants sur le substrat lors du traitement de nanofabrication, tels que des bulles, implantation et amorphisation. Des recherches théoriques plus approfondies sur le mécanisme d’interaction entre les ions d’hélium et les matériaux ont favorisé l’amélioration de la capacité de traitement de la nanofabrication extrême avec la technologie HIB.
« La stabilité et la répétabilité du processus de fraisage HIB seront améliorées pour répondre aux exigences de résolution inférieure au nanomètre et de fabrication à haut débit dans des applications spéciales. Lors de l’optimisation du processus de nanofabrication, l’impact positif ou négatif du bombardement d’ions hélium sur les propriétés du matériau devrait être envisagée, afin que la technologie HIB puisse être utilisée pour fabriquer directement des nanostructures avec moins de défauts et d’excellentes performances. »
« Pour la technique HIB à écriture directe et les processus de dépôt induits par HIB, le défi commun est d’augmenter la complexité des nanostructures tout en maintenant la taille des caractéristiques à l’échelle nanométrique pour les applications spéciales. Pour augmenter la complexité des nanostructures et de leurs applications en production, l’écriture directe processus de la technologie HIB doit être amélioré grâce à une optimisation minutieuse des paramètres. En outre, l’effet de proximité doit également être pris en compte dans les processus d’écriture directe HIB et de dépôt induit par HIB.
Les chercheurs ont démontré que la technologie HIB jouera un rôle important dans la nanofabrication extrême car elle présente les avantages d’une sensibilité, d’une résolution et d’une précision élevées pour les processus de fraisage d’écriture directe, de modelage, de fraisage assisté et de dépôt avec moins de dommages aux échantillons.
Shixuan He et al, Nanofabrication par faisceau d’ions d’hélium : processus et applications extrêmes, Journal international de la fabrication extrême (2020). DOI : 10.1088/2631-7990/abc673
Fourni par International Journal of Extreme Manufacturing