Engineering

सेमीकंडक्टर तकनीक के साथ संगत कम तापमान कार्बन नैनोट्यूब कार्यक्षेत्र interconnects के निर्माण

Published: December 7, 2015 doi: 10.3791/53260

¹Department of Microelectronics, Delft University of Technology

Introduction

कॉपर और टंगस्टन, वर्तमान में राज्य के अत्याधुनिक बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण (वीएलएसआई) प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में interconnects के लिए उपयोग किया जाता है, जो धातु, विश्वसनीयता और विद्युत चालकता ¹ के मामले में अपने भौतिक सीमाओं से आ रहे हैं। नीचे स्केलिंग ट्रांजिस्टर आम तौर पर उनके प्रदर्शन को बेहतर बनाता है, यह वास्तव में प्रतिरोध और परस्पर की वर्तमान घनत्व बढ़ जाती है। इस देरी और बिजली की खपत ² के संदर्भ में एकीकृत सर्किट (आईसी) के प्रदर्शन पर हावी interconnects में हुई।

कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) कार्यक्षेत्र interconnects सीएनटी के रूप में (विअस) आसानी से ³ खड़ी विकसित किया गया सकता है, खासकर के लिए, घन और डब्ल्यू धातुरूप के लिए विकल्प के रूप में सुझाव दिया गया है। सीएनटी घन ⁴ से 1,000 गुना अधिक वर्तमान घनत्व के लिए एक ऊपर की इजाजत दी, उत्कृष्ट बिजली विश्वसनीयता के लिए दिखाया गया है। इसके अलावा, सीएनटी सतह और अनाज सीमा बिखरने से ग्रस्त नहीं है, जो आर बढ़ती जा रही हैनैनोमीटर स्तर ⁵ पर घन की esistivity। अंत में, सीएनटी वीएलएसआई चिप्स में थर्मल प्रबंधन में सहायता कर सकते हैं, जो उत्कृष्ट थर्मल कंडक्टर ^6, होना दिखाया गया है।

वीएलएसआई प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में सीएनटी के सफल एकीकरण के लिए यह सीएनटी के लिए विकास की प्रक्रिया अर्धचालक निर्माण के साथ संगत किया जाता है कि महत्वपूर्ण है। यह सामग्री और बड़े पैमाने पर निर्माण करने के लिए संगत और स्केलेबल माना जाता है, जो उपकरण का उपयोग कर सीएनटी (<400 डिग्री सेल्सियस) से कम तापमान वृद्धि की आवश्यकता है। सीएनटी परीक्षण विअस के कई उदाहरण साहित्य ^{7,8,9,10,11,12,13,14} में प्रदर्शन किया गया है, इनमें से सबसे आईसी में एक contaminant ¹⁵ के निर्माण के रूप में माना जाता है, जो उत्प्रेरक के रूप में फे का उपयोग करें। इसके अलावा, इन कार्यों में से कई में इस्तेमाल किया विकास तापमान 400 डिग्री सेल्सियस की ऊपरी सीमा से काफी ज्यादा है। अधिमानतः सीएनटी भी आधुनिक कम κ dielectrics या लचीला के साथ एकीकरण अनुमति देने के लिए, 350 डिग्री सेल्सियस से नीचे हो जाना चाहिएsubstrates।

यहाँ हम उत्प्रेरक के रूप में ¹⁶ सह का उपयोग कर 350 डिग्री सेल्सियस के रूप में के रूप में कम तापमान पर सीएनटी बढ़ के लिए एक स्केलेबल तरीका मौजूद है। इस विधि, एकीकृत सर्किट में खड़ी गठबंधन सीएनटी से मिलकर विभिन्न विद्युत संरचनाओं fabricating सुपर capacitors और क्षेत्र उत्सर्जन उपकरणों को आपस में और इलेक्ट्रोड से लेकर के लिए ब्याज की है। टिन एक बार इस्तेमाल किया बाधा सामग्री ⁷ है, जबकि सह उत्प्रेरक धातु अक्सर सिलिसाइड के ¹⁷ के निर्माण के लिए आईसी निर्माण में प्रयोग किया जाता है। इसके अलावा, हम केवल मानक अर्धचालक विनिर्माण से तकनीकों का उपयोग करते समय सीएनटी परीक्षण विअस fabricating के लिए एक प्रक्रिया का प्रदर्शन। इस के साथ, सीएनटी परीक्षण विअस इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) और रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी, और विद्युत विशेषता स्कैनिंग द्वारा निरीक्षण, गढ़े हैं।

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Protocol

सावधानी: उपयोग करने से पहले सभी प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा डाटा शीट (एमएसडीएस) से परामर्श करें। इस निर्माण की प्रक्रिया में प्रयुक्त रसायनों के कई तीव्रता से विषाक्त और कैंसर हैं। Nanomaterials उनके थोक समकक्ष की तुलना में अतिरिक्त खतरा हो सकता है। इंजीनियरिंग नियंत्रण (धूआं हुड) और व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (सुरक्षा चश्मा, दस्ताने, cleanroom कपड़े) के उपयोग सहित, उपकरण, रसायन या nanomaterials के साथ कार्य करते समय सभी उचित सुरक्षा प्रथाओं का उपयोग करें।

लिथोग्राफी के लिए 1. संरेखण मार्कर परिभाषा

या तो एन या पी प्रकार डोपिंग के साथ एक तरफा पॉलिश औद्योगिक ग्रेड सी (100) वेफर्स के साथ शुरू करो।
कोट सकारात्मक photoresist की 1.4 माइक्रोन के साथ वेफर। उचित गति (3500 आरपीएम) पर एक ठंडा प्लेट, स्पिन कोटिंग पर वेफर के ठंडा करने के बाद photoresist, के आसंजन को बढ़ावा देने के लिए 130 डिग्री सेल्सियस पर एक 90 सेकंड hexamethyldisilazane (HMDS) उपचार करते हैं, और एक 90 सेकंड नरम सेंकना एकटी 95 डिग्री सेल्सियस।
एक फोटो लिथोग्राफी मुखौटा का उपयोग करने और जोखिम उपकरण संरेखण मार्कर का पर्दाफाश, जोखिम खुराक 120 MJ / ² _{सेमी।}
एक भी पोखर के विकास की प्रक्रिया को पूरा करें। विरोध का इलाज करने के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर डेवलपर और 90 सेकंड के लिए मुश्किल सेंकना का उपयोग कर 60 सेकंड के विकास के बाद एक 90 सेकंड में 115 डिग्री सेल्सियस के बाद जोखिम सेंकना, प्रदर्शन करते हैं।
विरोध में खुलने सही आयामों के हैं, तो निरीक्षण करने के लिए एक माइक्रोस्कोप का उपयोग करें।
सी क्लोरीन प्लाज्मा नक़्क़ाशी का उपयोग कर 120 एनएम खोदना। यह मोटाई इस काम में इस्तेमाल एक्सपोजर उपकरण का स्वत: संरेखण प्रणाली के लिए अच्छा विपरीत देता है। 20/40 SCCM ₂ हे / सीएफ _4, 5 mTorr, 60/500 डब्ल्यू पट्ट / आईसीपी आरएफ शक्ति, सीएल ₂ 80/40 SCCM द्वारा पीछा किया 10 सेकंड ऑक्साइड सफलता नक़्क़ाशी, / Hbr: एक प्रेरक मिलकर प्लाज्मा (आईसीपी) का उपयोग कर उदाहरण के लिए 60 mTorr, 20/500 डब्ल्यू पट्ट / आईसीपी आरएफ शक्ति, 35 सेकंड सी खोदना।
Photoresist (1 किलोवाट, endpo के साथ 400 SCCM हे ₂ दूर करने के लिए एक ऑक्सीजन प्लाज्मा छंटक प्रयोग करेंपूर्णांक का पता लगाने और 2 मिनट overetch)। Photoresist एसीटोन जैसे प्लाज्मा सामान्य विलायक से ठीक हो जाता है के रूप में इस्तेमाल नहीं किया जा सकता।
वेफर्स साफ करें। पानी की प्रतिरोधकता 5 MΩ (जैविक स्वच्छ) है जब तक पहले डि पानी में rinsing के बाद 99% HNO _3, में 10 मिनट के लिए रख दिया। पानी की प्रतिरोधकता 5 MΩ (स्वच्छ धातु) तक 110 डिग्री सेल्सियस पर 65% HNO ₃ में 10 मिनट के लिए वेफर्स यह साफ करने के बाद, डि पानी के साथ rinsing द्वारा पीछा किया। वेफर्स सुखाने के लिए एक rinser ड्रायर का प्रयोग करें।

2. नीचे धातु और Interlayer ढांकता हुआ बयान

के माध्यम से परीक्षण के नीचे धातु की परत जमा करने के लिए मैग्नेट्रान sputtering का प्रयोग करें। तिवारी के 500 एनएम, टिन के 50 एनएम, और 100 एनएम तिवारी: तीन धातु परतों के ढेर जमा होने की जरूरत है। पहले तिवारी परत ढेर के विरोध को कम करने के लिए है, टिन सीएनटी विकास के लिए वास्तविक समर्थन परत है, और ₂ Sio परत ¹² नक़्क़ाशी जब शीर्ष तिवारी प्लाज्मा क्षति के खिलाफ टिन की रक्षा के लिए है 2 का एक संयोजन का उपयोग करें।
प्लाज्मा बढ़ाया रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD) का उपयोग करना, ₂ Sio की 1 माइक्रोन मोटी परत जमा। यहाँ tetraethyl orthosilicate (TEOS) 350 डिग्री सेल्सियस के एक पट्ट तापमान पर अग्रदूत के रूप में प्रयोग किया जाता है।
1. एक उपयुक्त उपकरण का उपयोग कर ₂ Sio परत की मोटाई, उदाहरण के लिए एक reflectometer या ellipsometer की जाँच करें।
कोट उचित गति (3500 आरपीएम) पर एक ठंडा प्लेट, स्पिन कोटिंग पर वेफर के ठंडा करने के बाद 130 डिग्री सेल्सियस पर एक 90 सेकंड HMDS उपचार, के साथ शुरू सकारात्मक photoresist की 1.4 माइक्रोन, साथ वेफर, और मुलायम एक 90 सेकंड 95 डिग्री सेल्सियस पर सेंकना।
एक फोटो लिथोग्राफी मुखौटा और जोखिम उपकरण का उपयोग, बाद में ₂ Sio टी में etched किया जाएगा, जो उद्घाटन के वांछित पैटर्न, बेनकाबओ संरेखण मार्करों के लिए गठबंधन विअस, फार्म, जोखिम खुराक 140 MJ / ² _{सेमी।}
100 डिग्री सेल्सियस पर डेवलपर और 90 सेकंड के लिए मुश्किल सेंकना का उपयोग कर 60 सेकंड के विकास के बाद एक 90 सेकंड में 115 डिग्री सेल्सियस के बाद जोखिम सेंकना के साथ शुरू करने के लिए एक एकल पोखर विकास की प्रक्रिया, कार्य करें।
विरोध में खुलने सही आयामों की और संरेखण मार्करों के लिए ओवरले सही है तो कर रहे हैं, तो निरीक्षण करने के लिए एक माइक्रोस्कोप का उपयोग करें।
प्लाज्मा ₂ Sio में संपर्क के उद्घाटन खोदना। उदाहरण के लिए, सी ₂ एफ ₆ के साथ एक ट्रांजिस्टर प्लाज्मा नक़्क़ाश उपयोग / स्विस फ्रैंक ₃ 36/144 SCCM 180 mTorr और 300 डब्ल्यू आरएफ शक्ति पर। यदि आवश्यक हो, समय में 5% -10% करने के लिए नक़्क़ाशी ओवर कम करने के लिए एक परीक्षण वेफर पर खोदना दर परीक्षण प्रदर्शन करते हैं।
नोट: तिवारी इस फ्लोरीन रसायन शास्त्र में प्रतिक्रियाशील नक़्क़ाशी के लिए प्रतिरोधी है, प्लाज्मा करने के लिए लंबे समय तक निवेश तिवारी परत के भौतिक एचिंग में परिणाम होगा। टिन परत प्लाज्मा के संपर्क में है, तो यह एक नकारात्मक प्रभावों होगासीएनटी ¹² के विकास पर सीई। इस उद्घाटन के बहुत ज्यादा चौड़ा करने का परिणाम देगा के रूप में भाग 4 समस्याग्रस्त में शीर्ष धातुरूप कर रही है, गीला नक़्क़ाशी का प्रयोग न करें।
60 सेकंड के लिए 0.55% एचएफ में गीला नक़्क़ाशी द्वारा बलि तिवारी परत निकालें। पानी प्रतिरोधकता तक डि पानी के साथ वेफर्स कुल्ला नक़्क़ाशी के बाद 5 MΩ है और वेफर्स सुखाने के लिए एक rinser ड्रायर का उपयोग करें।
नोट: तिवारी धातु ग्रे है, जबकि तिवारी परत etched है, तो यह जाँच की जा सकती है एक माइक्रोस्कोप का उपयोग करना, टिन परत एक सोने-भूरे रंग का होगा।

3. उत्प्रेरक बयान और सीएनटी ग्रोथ

एक ई-बीम बाष्पीकरण का उपयोग करते हुए कंपनी के 5 एनएम लुप्त हो जाना। कम से कम 2x10 ^-6 Torr तक नीचे पंप, और किसी भी पानी की फिल्म को दूर करने के लिए जमा करने से पहले वैक्यूम के अंतर्गत लैंप का उपयोग 60 डिग्री सेल्सियस के लिए वेफर्स गर्मी। तस्वीर-विरोध संपर्क के उद्घाटन को परिभाषित किया Sio ₂ में संपर्क के उद्घाटन के लिए उत्प्रेरक का आत्म-संरेखण प्रदान करने के लिए वेफर पर रखा जाता है।
हटानालिफ्ट बंद से संपर्क के उद्घाटन के बाहर सह। सह के लिए यह tetrahydrofuran (THF) कम तापमान पर सबसे अच्छा लिफ्ट बंद के परिणाम और विकास देता है कि पाया गया था। पहले फे वाष्पीकरण के बाद लिफ्ट बंद के लिए इस्तेमाल किया गया था, जो एन -methyl-2-pyrrolidone (एनएमपी), क्षति के लिए मिला था सह भी इस हद तक किसी भी गठबंधन सीएनटी विकास को रोकने के लिए। 35 डिग्री सेल्सियस पर THF के साथ एक अल्ट्रासोनिक स्नान में 15 मिनट के लिए वेफर रखो। 5 मिनट के लिए डि पानी से कुल्ला और एक स्पिनर या नाइट्रोजन बंदूक का उपयोग कर शुष्क।
एक खुर्दबीन के नीचे वेफर का निरीक्षण किया और अवशेषों का विरोध करने के लिए जाँच करें। अवशेषों मैन्युअल अवशेषों को मिटाने के लिए लिफ्ट बंद प्रयोजनों के लिए एक विशेष नरम कपास झाड़ू का उपयोग वैकल्पिक THF में एक लंबे समय तक अल्ट्रासोनिक उपचार करते हैं, और रहते हैं।
कम दबाव रासायनिक वाष्प जमाव (LPCVD) का उपयोग कर सीएनटी विकास कार्य करें। 50 SCCM सी ₂ एच ₂ जोड़कर सीएनटी विकास के द्वारा पीछा 80 मिलीबार, पर 700 SCCM एच ₂ के साथ 350 डिग्री सेल्सियस पर 8 मिनट पूर्व पानी रखना: निम्नलिखित नुस्खा का प्रयोग करें। 350 डिग्री सेल्सियस से कम, 60विकास की न्यूनतम मोटे तौर पर 1 माइक्रोन सीएनटी के लिए देता है। यदि आवश्यक हो तो धुन के लिए एक परीक्षण विकास Sio ₂ परत के रूप में एक ही मोटाई होना चाहिए जो ऊंचाई, प्रदर्शन करते हैं। रिएक्टर शांत हो जाओ और एन ₂ का उपयोग कर शुद्ध करना।
, या एक पार अनुभाग तैयार करके 45 डिग्री के झुकाव के तहत खुलने के अंदर सीएनटी की ऊंचाई की जांच करने के लिए एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करें।
सीएनटी ¹⁸ की स्फटिकता निर्धारित करने के लिए रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग कर नमूने का निरीक्षण किया।

4. जहाज़ की छत पर धातुरूप

शीर्ष धातु जमा करने के लिए मैग्नेट्रान sputtering का प्रयोग करें। तिवारी सीएनटी ¹⁹ से संपर्क करने के लिए एक अच्छा धातु है, पहले वैक्यूम तोड़ने के बिना अल (1% सी) के 2 माइक्रोन से पीछा तिवारी के 100 एनएम, धूम।
कोट 3000 rpm पर एक ठंडा प्लेट, स्पिन कोटिंग पर वेफर के ठंडा करने के बाद 130 डिग्री सेल्सियस पर एक 90 सेकंड HMDS उपचार, के साथ शुरू उच्च चिपचिपाहट के साथ सकारात्मक photoresist की 3.1 माइक्रोन, और एक 90 सेकंड नरम सेंकना पर साथ वेफर 95सी।
एक फोटो लिथोग्राफी मुखौटा और जोखिम उपकरण का उपयोग संरेखण मार्करों के लिए गठबंधन शीर्ष धातु पैटर्न, जोखिम खुराक 420 MJ / ² सेमी, -1 का ध्यान केंद्रित बेनकाब।
एक भी पोखर के विकास की प्रक्रिया को पूरा करें। यह 100 डिग्री सेल्सियस पर डेवलपर और 90 सेकंड के लिए मुश्किल सेंकना का उपयोग कर 60 सेकंड के विकास के बाद, एक 90 सेकंड में 115 डिग्री सेल्सियस के बाद जोखिम सेंकना के साथ शुरू होता है।
विरोध में लाइनों सही आयामों की और मार्करों के लिए ओवरले सही है तो कर रहे हैं, तो निरीक्षण करने के लिए एक माइक्रोस्कोप का उपयोग करें।
क्लोरीन प्लाज्मा नक़्क़ाशी का उपयोग करते हुए तिवारी / अल ढेर खोदना। एक प्रेरक मिलकर प्लाज्मा का उपयोग कर उदाहरण के लिए: 30/40 SCCM सीएल ₂ / Hbr, 5 mTorr, समापन बिंदु का पता लगाने और 80% overetch साथ 40/500 डब्ल्यू पट्ट / आईसीपी आरएफ शक्ति 15/30 SCCM सीएल ₂ / Hbr इस्तेमाल करते हैं।
Photoresist (1 किलोवाट, समापन बिंदु का पता लगाने और 2 मिनट overetch के साथ 400 SCCM ओ ₂₎ को हटाने के लिए एक ऑक्सीजन प्लाज्मा छंटक का प्रयोग करें। धातु कवरेज पूरा नहीं हुआ है (यानी, पिनहोल चारों ओर देखते हैंसीएनटी) सीएनटी के लिए प्लाज्मा नुकसान को रोकने के क्रम में photoresist दूर करने के लिए एक कार्बनिक विलायक (जैसे, एन एम पी) का उपयोग करें।
वेफर्स साफ करें। पानी की प्रतिरोधकता 5 MΩ (जैविक स्वच्छ) तक डि पानी के साथ rinsing के बाद 99% HNO _3, में 10 मिनट के लिए रख दिया। वेफर्स सुखाने के लिए एक rinser ड्रायर का प्रयोग करें।

5. माप

वेफर्स के शीर्ष धातुरूप जाँच करने के लिए निर्माता के निर्देशों के अनुसार एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करें।
नोट:। चित्रा 3 में दिखाया गया है वेफर यंत्रवत् छवियों, जिसके परिणामस्वरूप में 90 डिग्री का एक नमूना झुकाव का उपयोग कर के माध्यम से पूरा सीएनटी जांच के क्रम में cleaved किया जा सकता है यदि आवश्यक नमूने विद्युत प्रवाहकीय हैं कोई अतिरिक्त उपचार कदम इस्तेमाल किया जा रहा है और नमूने सीधे SEM में रखा जा सकता है। आम तौर पर, 15 या 20 केवी के उच्च गति voltages के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन ₂ Sio परत है, तो यह बहुत ज्यादा कम किया जा सकता टी चार्ज है5 केवी ओ।
4 सूत्री प्रदर्शन करना चित्रा 1 में और Vollebregt एट अल। ¹⁶ में वर्णित के रूप में एक अर्धचालक पैरामीटर विश्लेषक के साथ संयोजन में एक जांच स्टेशन का उपयोग करते हुए जांच के चतुर्थ माप।
नोट: यदि कोई ताल्लुक से अधिक संभावित ड्रॉप आदर्श छोटा है के रूप में आम तौर पर -0.5 वी 0.5 से एक वोल्टेज झाडू, पर्याप्त है। एक 4 बिन्दु जांच सेटअप का उपयोग करके जांच सुइयों और सेटअप का तार प्रतिरोध के संपर्क प्रतिरोध छोड़े गए हैं।

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Representative Results

इस काम में इस्तेमाल किया माप संरचना के डिजाइन चित्रा 1 में पाया जा सकता है। जांच और तार प्रतिरोध धोखा कर रहे हैं, के रूप में सीएनटी बंडल प्रतिरोध और धातु सीएनटी संपर्क resistances के माप सही ढंग से निर्धारित किया जा सकता ऐसी संरचना का काम करके। बंडल के प्रतिरोध सीएनटी बंडल की गुणवत्ता और घनत्व के लिए एक उपाय है। अलग अलग लंबाई के संपर्क प्रतिरोध बंडलों निर्धारित करने के लिए आदेश में मापा जाना चाहिए।

45 डिग्री के झुकाव पर धातुरूप से पहले ऊपर से लिया 60 मिनट के लिए 350 डिग्री सेल्सियस से बढ़ी सीएनटी का एक विशिष्ट SEM छवि चित्रा 2 में दिखाया गया है। एक ऐसी छवि की जाँच के लिए उपयोगी है सीएनटी के विकास के समय सही ढंग से करने के लिए सेट कर दिया जाता है, तो ₂ Sio परत की मोटाई के रूप में एक ही लंबाई प्राप्त करते हैं। धातुरूप के बाद ही वेफर के SEM द्वारा निरीक्षण यांत्रिक cleaving द्वारा तैयार एक पार अनुभाग में 3 चित्र में दिखाया गया है। यह कर सकते हैं खई, उनके घनत्व (उदाहरण के लिए प्रति इकाई लंबाई सीएनटी की संख्या की गणना हो) सीएनटी के संरेखण निर्धारित करने के लिए प्रयोग किया जाता है, और एक उच्च संकल्प यदि SEM उनके व्यास निर्धारित करने के लिए प्रयोग किया जाता है। इसके अलावा सीएनटी और धातु परतों के बीच संपर्क क्षेत्र की जांच की जा सकती है।

350 डिग्री सेल्सियस पर सह-बड़े हो सीएनटी के रमन स्पेक्ट्रा चित्रा 4 में प्रदर्शित किया जाता है। रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी सीएनटी ¹⁸ की स्फटिकता की जांच के लिए एक शक्तिशाली तकनीक है, और उदाहरण के लिए कर सकते हैं उच्चतम प्राप्त करने के क्रम में सीएनटी विकास मापदंडों का अनुकूलन करने के लिए इस्तेमाल किया जा गुणवत्ता सीएनटी। चतुर्थ माप चार बिंदु जांच संरचनाओं का उपयोग कर प्रदर्शन किया गया और चतुर्थ व्यवहार रैखिक है जब यह सीएनटी और धातु संपर्कों के बीच ओमिक संपर्क इंगित करता है। चित्रा 5 में प्रदर्शित कर रहे हैं। ढलान से बिजली के प्रतिरोध निर्धारित किया जा सकता है। प्रतिरोध और इन सीएनटी बंडलों के लिए की तुलना में है जो प्रतिरोधकता गणना की जा सकती बंडलों के आयाम सेचित्रा 6 में साहित्य।

आकृति 1
गहरे पीले परत टिन, काला नलियों सीएनटी बंडलों को इंगित करता है चित्र में चित्रा इस काम में इस्तेमाल 4 सूत्री जांच माप संरचना के 1. डिजाइन।, और धातु परत तिवारी और अल हो चुकी है। बलि तिवारी परत स्पष्टता के लिए छोड़ दिया जाता है और ऑक्साइड अर्द्ध पारदर्शी है। बिजली के 4 सूत्री जांच माप के लिए जांच कनेक्शन संकेत कर रहे हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
एक सीएनटी बंडल के चित्रा 2 शीर्ष देखने SEM छवि। यह अंदर etched गया था, जो एक संपर्क उद्घाटन में उगाया एक 2 माइक्रोन विस्तृत सीएनटी बंडल से पता चलता है₂ Sio। यह आंकड़ा एल्सेविअर से अनुमति के साथ, ¹⁶ से संशोधित किया गया है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा के माध्यम से सीएनटी 3. SEM के पार अनुभाग। के माध्यम से एक 2 माइक्रोन चौड़ा और 1 माइक्रोन लंबे सीएनटी परीक्षण के पार अनुभाग धातुरूप बाद यांत्रिक cleaving का उपयोग कर तैयार। यह आंकड़ा एल्सेविअर से अनुमति के साथ, ¹⁶ से संशोधित किया गया है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

सह एक का उपयोग हो एक सीएनटी बंडल के चित्रा 4. रमन स्पेक्ट्रम टी 350 डिग्री सेल्सियस। रमन बैंड के नाम संकेत कर रहे हैं। काले वक्र कच्चे माप डेटा प्रदर्शित करता है। एक Lorentzian फिटिंग किया जाता है सभी बैंड के लिए एक गाऊसी ¹⁸ से फिट है, जो डी 'बैंड के लिए छोड़कर, (हरा घटता धराशायी)। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

ठोस लाइन माप डेटा के लिए फिटिंग एक रेखीय कम से कम वर्गों को इंगित करता है, जबकि विभिन्न व्यास के साथ सीएनटी परीक्षण विअस की चित्रा 5. चतुर्थ माप। प्रतीक, माप डेटा प्रतिनिधित्व करते हैं। रेखीय फिटिंग की ढलान से निर्धारित रूप में अलग विअस के बिजली के प्रतिरोध के संकेत हैं। यह आंकड़ा एल्सेविअर से अनुमति के साथ, ¹⁶ से संशोधित किया गया है।tp_upload / 53,260 / 53260fig5large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्रा साहित्य से मूल्यों के साथ सीएनटी बंडल प्रतिरोधकता 6. तुलना करें। प्रतिरोधकता प्रतिरोध और आयामों के माध्यम से गणना की है। यह साहित्य से मूल्यों के साथ तुलना में, और सीएनटी विअस इस काम में वर्णित विधि का उपयोग अलग तापमान पर निर्मित है। यह आंकड़ा एल्सेविअर से अनुमति के साथ, ¹⁶ से संशोधित किया गया है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

चित्रा 1 इस काम में गढ़े संरचना का एक योजनाबद्ध सिंहावलोकन प्रदर्शित करता है, और जो 4 सूत्री जांच माप के लिए इस्तेमाल किया गया था। संभावित कोई मौजूदा ले जाने जांच के माध्यम से मापा जाता है, केंद्रीय सीएनटी बंडल और धातु के लिए अपने संपर्कों से अधिक सटीक संभावित ड्रॉप (वी _एच वी _एल) मापा जा सकता है। बड़ा व्यास सीएनटी बंडलों वर्तमान मजबूर कर जांच के लिए कुल प्रतिरोध को कम करने और केंद्रीय सीएनटी बंडल से अधिक संभावित ड्रॉप अधिकतम करने के लिए, संपर्क पैड से नीचे टिन परत संपर्क करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं।

चित्रा 2 से देखा जा सकता है, सीएनटी सफलतापूर्वक छेद (1 माइक्रोन) की गहराई के रूप में लगभग एक ही लंबाई के साथ ₂ Sio में etched के उद्घाटन के अंदर बड़े हो रहे थे। यह सीएनटी की लंबाई शीर्ष धातु संपर्क की conformal कोटिंग प्राप्त करने के लिए, मोटे तौर पर छेद की गहराई के रूप में एक ही है कि महत्वपूर्ण है। बंडलों संयुक्त राष्ट्र दिखाईयह भी धातु की conformal कोटिंग में एड्स iform,। नलियों का सीधा और ऊर्ध्वाधर संरेखण स्पष्ट रूप से 3 चित्र में दिखाया पार अनुभाग में देखा जा सकता है। गिनती करके, सीएनटी बंडल के घनत्व के आसपास 5x10 ¹⁰ ट्यूबों / ² सेमी होने का अनुमान लगाया गया था। कहीं और ¹⁶ दिखाया गया था के रूप में संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी नलियों का औसत व्यास का उपयोग करना, 8 एनएम हो पाया था। कारण कम विकास तापमान के लिए सीएनटी दीवारों मुश्किल दीवारों की संख्या का निर्धारण कर रही कई दोष होते हैं। नलियों बांस क्रॉसिंग मनाया गया है, हालांकि, एक खोखले कोर लग गए हैं। पार अनुभाग भी नीचे टिन परत, और आंशिक रूप से गीला नक़्क़ाशी के दौरान ₂ Sio नीचे निकाल दिया जाता है, जो बलि तिवारी परत से पता चलता है। उद्घाटन के साथ बलि तिवारी परत की नक़्क़ाशी बार बंद रखा जाता है तो ऑक्साइड delamination को रोकने के लिए underetch को कम से कम करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। कारण छेद की सूखी नक़्क़ाशी,₂ Sio और सीएनटी बंडल के बीच अंतर रखने सीएनटी बंडल के आसपास शॉर्ट सर्किट बनाने से sputtered तिवारी और अल रोकने के लिए आवश्यक है, जो बहुत कम है।

सीएनटी के रमन डेटा स्फटिकता (या गुणवत्ता) का उपयोग कर जांच की जा सकती है। अलग रमन बैंड बैंड के प्रत्येक दूसरे deconvolution के करीब हैं के रूप में कहीं ¹⁸ में वर्णित के रूप में, यह आवश्यक है। चित्रा 4 में रमन आंकड़ों से यह एक मजबूत डी और डी 'बैंड, मनाया जा सकता है जी बैंड सीसी बंधन से संबंधित है, जबकि दोष के साथ बिखरने रमन की वजह से कर रहे हैं, जो कि स्पष्ट है। अन्य दो बैंड और अधिक सटीक फिटिंग के लिए शामिल किए गए हैं, जो कमजोर रमन विशेषताएं हैं।

यह ज्ञात है कि एक कम सीएनटी गुणवत्ता ¹⁸ में सामान्य परिणामों में एक कम विकास तापमान। आमतौर पर जी तीव्रता के अनुपात से अधिक डी (मैं _{जी / डी)} चित्रा 4 में 1.1 है जो काले सीसे सामग्री की गुणवत्ता का आकलन करने के लिए प्रयोग किया जाता है। हो सकता है के रूप मेंउदाहरण फेरारी और रॉबर्टसन ²⁰ के लिए के द्वारा दिखाया एन, ख्याल ही इस बैंड के अनुपात का उपयोग करते समय लिया जाना है। अनुपात monotonically कम हो जाती है, जिसके बाद सीएनटी की बढ़ती गुणवत्ता, क्रिस्टलीकरण की एक निश्चित राशि तक पहुँच जाता है जब तक पहले मैं _{डी / जी} अनुपात बढ़ जाती है, के साथ। कारण बहुत कम विकास तापमान के लिए, सीएनटी इस काम में इस सीमा ¹⁶ से नीचे एक स्फटिकता लग गए हैं। इन मामलों में डी बैंड की आधा अधिकतम पर पूर्ण चौड़ाई अलग प्रक्रिया की स्थिति ¹⁸ पर गढ़े सीएनटी नमूनों की तुलना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। यह सीएनटी के निम्न गुणवत्ता में काफी बिजली के प्रदर्शन को प्रभावित करती है कि उम्मीद की जा सकती है।

चित्रा 5 में चतुर्थ विशेषताओं के लगभग पूर्ण रैखिक व्यवहार से देखते हुए, सीएनटी और ऊपर और नीचे धातु परतों के बीच संपर्कों को ओमिक हैं। बंडल के प्रतिरोध सीएनटी Paral में संचालन कर सकते हैं और अधिक के रूप में उम्मीद की जा रही है, जो व्यास, के साथ कम हो जाती हैबड़े बंडलों के लिए lel। सीएनटी और धातुओं के बीच अच्छे संपर्क तिवारी ¹⁹ के उपयोग के लिए जिम्मेदार ठहराया है, और ऑक्सीकरण ²¹ के खिलाफ और अधिक लचीला है, जो टिन है। इसके अलावा, हम, की वजह से वृद्धि के बाद सीएनटी के किसी भी अचालक कवरिंग कदम के अभाव में अक्सर रासायनिक यांत्रिक घर्षण (सीएमपी) ^22,23 के साथ संयोजन में साहित्य में इस्तेमाल किया जाता है, जो कुछ (उदाहरण के स्पिन पर कांच के लिए प्रयोग) में पाया गया कि सीएनटी के लिए संपर्क प्रतिरोध की वजह से शीर्ष धातु ²⁴ में सीएनटी सुझावों में एम्बेड करने के लिए कम है।

चित्रा 6 में किया जाता है के रूप में सीएनटी, साहित्य के साथ बंडलों की resistivities की तुलना, परिणाम साहित्य में औसत मूल्यों के बीच में हैं। हालांकि, इस काम में इस्तेमाल विकास तापमान रिकार्ड कम है। Yokoyama एट अल का परिणाम है। ¹³ केवल एक 40 डिग्री सेल्सियस उच्च विकास दर के तापमान का उपयोग साहित्य में रिपोर्ट सबसे कम प्रतिरोधकता, कर रहे हैं। हालांकि, उपकरण सह सममूल्य के लिए इस्तेमाल कियाअपने काम में ticle बयान की संभावना बड़ी मात्रा में निर्माण के लिए स्केलेबल नहीं है। जाहिर है प्रतिरोधकता उच्च विकास दर के तापमान की अनुमति के आवेदन के लिए फायदेमंद हो सकता है, जो विकास तापमान, वृद्धि के साथ कम हो जाती है। सीएनटी की प्रतिरोधकता की तुलना घन की तरह पारंपरिक आपस धातुओं (1.7 μΩ-सेमी) के साथ बंडलों है, यह प्रतिरोधकता की भारी कमी के लिए आवश्यक है कि स्पष्ट है। सीएनटी और बंडल घनत्व की गुणवत्ता में सुधार, विकास की स्थिति के अनुकूलन के द्वारा, की आवश्यकता होगी। इस आधुनिक कम κ सामग्री और लचीला substrates के साथ एकीकरण अनुमति देने के लिए, विकास के तापमान में वृद्धि के बिना किया जा सकता है।

हम इस प्रकार मानक अर्धचालक निर्माण में कम तापमान सीएनटी विकास और एकीकरण को एकीकृत करने के लिए एक तकनीक का प्रदर्शन किया है। इस तकनीक परीक्षण संरचनाओं के माध्यम से सीएनटी निर्माण करने के लिए इस्तेमाल किया गया है और हाल ही में सीएनटी सुपर capacitors ²⁵ के निर्माण के लिए लागू किया गया है ^</ Sup>।

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Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Si (100) wafer 4"	International Wafer Service		Resisitivity: 2-5 mΩ-cm, thickness: 525 µm
Ti-sputter target (99.995% purity)	Praxair
Al (1% Si)-sputter target (99.999% purity)	Praxair
Co (99.95% purity)	Kurt J. Lesker
SPR3012 positive photoresist	Dow Electronic Materials
MF-322 developer	Dow Electronic Materials
HNO₃ (99.9%)	KMG Ultra Pure Chemicals
HNO₃ (69.5%)	KMG Ultra Pure Chemicals
HF 0.55%	Honeywell
Tetrahydrofuran	JT Baker
Acetone	Sigma-Aldrich
ECI3027 positive photoresist	AZ
Tetraethyl orthosilicate (TEOS)	Praxair
N₂ (99.9990%)	Praxair
O₂ (99.9999%)	Praxair
CF₄ (99.9970%)	Praxair
Cl₂ (99.9900%)	Praxair
HBr (99.9950%)	Praxair
Ar (99.9990%)	Praxair
C₂F₆ (99.9990%)	Praxair
CHF₃ (99.9950%)	Praxair
H₂ (99.9950%)	Praxair
C₂H₂ (99.6000%)	Praxair
EVG 120 coater/developer	EVG
ASML PAS5500/80 waferstepper	ASML
SPTS Ωmega 201 plasma etcher	SPTS		Used for Si and metal etching
SPTS Σigma sputter coater	SPTS
Novellus Concept One PECVD	LAM
Drytek 384T plasma etcher	LAM		Used for oxide etching
CHA Solution e-beam evaporator	CHA
AIXTRON BlackMagic Pro CVD tool	AIXTRON		Carbon nanotube growth
Philips XL50 scanning electron microscope	FEI
Tepla 300	PVA TePla		Resist plasma stripper
Avenger rinser dryer	Microporcess Technologies
Leitz MPV-SP reflecometer	Leitz
Renishaw inVia Raman spectroscope	Renishaw
Agilent 4156C parameter spectrum analyzer	Agilent
Cascade Microtech probe station	Cascade Microtech

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References

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