Масштабное управление, обеспечиваемое сканирующими зондовыми микроскопами, привело к разработке широкого спектра методов структурирования на основе сканирующих зондов. Некоторые из этих методов продемонстрировали высокую степень надежности и способности к структурированию, которые не имеют аналогов в других литографических технологиях. Однако ограниченная пропускная способность сканирующей зондовой литографии не позволяет использовать ее в технологических приложениях.
Прогресс в нанотехнологиях зависит от способности изготавливать, размещать и связывать наноструктуры нанометрового масштаба.
Различные материалы и системы, такие как наночастицы, проволока, двумерные материалы, такие как ди халькогениды переходных металлов, плазматические материалы, полимеры и органические полупроводники находят применение в наноэлектронике, нанофотонике, органической электронике и биомедицине.
Успех многих из вышеперечисленных приложений зависит от наличия подходящих подходов к литографии.
Однако, структурирование материалов с метрическими характеристиками, направленное на улучшение интеграции и производительности устройства, сопряжено с рядом проблем. Ограничения традиционных методов литографии, связанные с разрешающей способностью, эксплуатационными расходами и отсутствием гибкости в отношении структуры органических и новых материалов, обусловили разработку нетрадиционных методов изготовления.
С момента проведения первых экспериментов учёными, со сканирующим зондовым микроскопом в конце 80-х годов прошлого века, литография зондового сканирования (SPL) стала альтернативой литографии для научных исследований, сочетающей размерность, относительно низкие технологические требования и способность работать с мягкими веществами от малых органических молекул до белков и полимеров.
Роль сканирующего зонда в литографии.
Литография зондов включает в себя несколько подходов к материалам шаблонов с наноразмерным разрешением. Эти подходы имеют общую резьбу, которая заключается в использовании сканирующего острого зонда для локальных модификаций поверхности. Разнообразие подходов СПЛ обусловлено двумя основными факторами:
- Богатство процессов, которые можно контролировать, используя острый зонд в контакте или в непосредственном контакте с наноразмерной областью поверхности образца. Процессы, связанные с SPL, подразумевают механические, тепловые, электростатические и химические взаимодействия или различные комбинации между ними.
- Различные методы контроля положения сканирующего зонда относительно нижней поверхности, например, квантовая проходка туннеля между зондом и проводящей поверхностью, как в сканирующем туннельном микроскопе (STM), или контроль силы между зондом и поверхностью, как в стандартном атомно силовом микроскопе (AFM). Фактически, большинство современных методов SPL основаны на использовании AFM.
Потенциал и разнообразие методов сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) для локальной модификации поверхностей были очевидны уже в ранних экспериментах учеными. Однако многие из этих подходов, хотя и вдохновляются их возможностями манипулирования в атомном масштабе, оказались непрактичными для любого крупномасштабного структурирования или применения устройств.
По сравнению с другими методами, такими как EBL, основным преимуществом SPL является то, что он представляет собой одно шаговый процесс с разрешением менее 10 нм.
Большинство процессов написания SPL являются "прямой записью" по своей природе, создавая структуры на лету без необходимости сопротивления или последующего этапа разработки. Это, в частности, относится к структурированию новых типов функциональных материалов, 2D материалы, которые, как известно, чувствительны к остаткам.
Большинство методов SPL работают в контролируемых атмосферных условиях, что снижает накладные расходы и затраты на инструмент.
Она также облегчает его применение. Составляющие атмосферы могут даже обеспечивать функциональность некоторых методов SPL, таких, как смещение SPL или окисление SPL. Простота этих методов также позволяет использовать простые схемы распараллеливания. Кроме того, сканирующий зондовый микроскоп способен обнаруживать поверхностные объекты вплоть до атомного разрешения.
В отличие от методов, основанных на Би Амбах, визуализация и структурирование в SPL являются ортогональными, то есть процесс визуализации не влияет на письменные структуры и не подразумевает частичной операции записи. В совокупности неразрушающие возможности визуализации и прямого письма позволяют сформировать концепцию так называемой "литографии замкнутого цикла", то есть литографического инструмента с присущей обратной связью результатов письма для оптимизации стимулов к написанию на лету.
Таким образом, этот инструмент способен самостоятельно контролировать процесс записи, значительно повышая простоту использования для создания сложных и высокоточных наноразмерных структур.
