Запись пучка протонов

Запись пучка протонов (или запись p-пучка) процесс прямой записи литографии, в котором используется сфокусированный пучок протонов высокой энергии (МэВ ) для создания рисунка на сопротивляемом материале наноразмеров. Этот процесс, хотя во многом похож на прямую запись с использованием электронов, тем не менее предлагает некоторые интересные и уникальные преимущества.

Протоны, которые примерно в 1800 раз массивнее электронов, проникают глубже в материалы и движутся почти по прямой траектории. Эта особенность позволяет изготавливать трехмерные конструкции с высоким соотношением сторон с вертикальными гладкими боковыми стенками и низкой шероховатостью по краям. Расчеты также показали, что запись p-пучком демонстрирует минимальные эффекты близости (нежелательное воздействие из-за вторичных электронов), поскольку вторичные электроны, индуцированные в столкновениях протонов и электронов, имеют низкую энергию. Еще одно преимущество проистекает из способности протонов вытеснять атомы при прохождении через материал, тем самым увеличивая локальные повреждения, особенно в конце диапазона. Запись с помощью P-луча создает резистивные рисунки на глубине в кремнии, что позволяет формировать рисунок на селективных областях с различными оптическими свойствами, а также удалять неповрежденные области с помощью электрохимического травления.

Основными механизмами создания структур в материалах резиста, как правило, являются разрыв связи в положительных резистах, таких как PMMA (полиметилметакрилат), или сшивание в отрицательных резистах, таких как СУ-8. В положительном резисте области, поврежденные протонами, удаляются путем химического развития для создания структур, тогда как в отрицательном резисте процедуры проявления удаляют неповрежденный резист, оставляя сшитые структуры позади. При записи электронным пучком первичные и вторичные электроны создают расщепление или сшивание, тогда как при записи p-пучком повреждение вызывается индуцированными протонами на коротком расстоянии вторичными электронами. Флюенс протонов, необходимый для экспонирования, варьируется от 30 до 150 нСм в зависимости от материала резиста и примерно в 80-100 раз меньше, чем требуется для записи электронным пучком. Примечание: единица плотности энергии при записи пучка протонов обычно выражается в «заряд / площадь». Его можно преобразовать в «частицы / площадь», разделив «заряд / площадь» на заряд протона, Q = 1,602 · 10C.

Запись с помощью P-луча - это новая технология с большим потенциалом, и как текущие экспериментальные данные, так и теоретические прогнозы показывают, что возможно трехмерное структурирование размером менее 10 нм. Однако отсутствие удобного для пользователя коммерческого прибора с небольшой занимаемой площадью в настоящее время сдерживает потенциально широкий спектр областей применения, в которых запись p-луча может оказать существенное влияние. Надеюсь, этот вопрос будет решен в ближайшем будущем.