Ein Protokoll für die metallunterstützte chemische Prägung von 3D-Mikroskala-Merkmalen mit einer Formgenauigkeit von sub-20 nm in feste und poröse Siliziumwafer wird vorgestellt.
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Methodenartikel
Metallgestützte elektrochemische Nanoimprintierung von porösen und festen Siliziumwafern
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Die metallunterstützte elektrochemische Prägung (Mac-Imprint) ist eine Kombination aus metallunterstützter chemischer Radierung (MACE) und Nanoimprint-Lithographie, die in der Lage ist, 3D-Mikro- und Nanoskalige Merkmale in monokristallinen Halbleitern der Gruppe IV (z. B. Si) und III-V (z. B. GaAs) direkt zu strukturieren, ohne dass Opfervorlagen und lithographische Schritte erforderlich sind. Dabei wird ein mit einem Edelmetallkatalysator beschichteter Mehrwegstempel mit einem Si-Wafer in Gegenwart eines Flusssäure(HF)-Wasserstoffperoxid-Gemisches (H2O2) in Kontakt gebracht, was zum selektiven Ätzen von Si an der Metall-Halbleiter-Kontaktschnittstelle führt. In diesem Protokoll diskutieren wir die Stempel- und Substratvorbereitungsmethoden, die in zwei Mac-Imprint-Konfigurationen angewendet werden: (1) Porous Si Mac-Imprint mit einem festen Katalysator; und (2) Solid Si Mac-Imprint mit einem porösen Katalysator. Dieser Prozess ist ein hoher Durchsatz und in der Lage, eine zentimetergroße parallele Musterung mit einer Auflösung von unter 20 nm durchzuführen. Es bietet auch eine geringe Defektdichte und großflächige Musterung in einem einzigen Vorgang und umgeht die Notwendigkeit von Trockenätzen wie Deep Reactive Ion Etching (DRIE).
Einleitung
Die dreidimensionale mikro- und nanoskalige Strukturierung und Texturierung von Halbleitern ermöglicht zahlreiche Anwendungen in verschiedenen Bereichen, wie z.B. Optoelektronik1,2, Photonik3, antireflektierende Oberflächen4, superhydrophobe und selbstreinigende Oberflächen5,6. Das Prototyping und die Massenproduktion von 3D- und hierarchischen Mustern wurde erfolgreich für polymere Filme durch Softlithographie und Nanoimprinting-Lithographie mit einer Auflösung von sub 20 nm durchgeführt. Die Übertragung....
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Protokoll
VORSICHT: Verwenden Sie geeignete Sicherheitspraktiken und persönliche Schutzausrüstung (z. B. Laborkittel, Handschuhe, Schutzbrille, geschlossene Schuhe). Bei diesem Verfahren wird HF-Säure (48% Gew.) verwendet, die eine äußerst gefährliche Chemikalie ist und zusätzliche persönliche Schutzausrüstung erfordert (z. B. einen Gesichtsschutz, eine Naturkautschukschürze und ein zweites Paar Nitrilhandschuhe, die Hand, Handgelenke und Unterarme abdecken).
1. Stempelvorbereitung für Mac-Imprint
-
PDMS Formenbau
- Bereiten Sie die RCA-1-Lösung vor, indem Sie entionisiertes reines (DI) Wasser und Ammoniumhydroxid im....
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Ergebnisse
Rasterelektronenmikroskopische (REM) Bilder, optische Mikroskopscans (Abbildung 9) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) Scans (Abbildung 10) wurden erhalten, um die morphologischen Eigenschaften der Mac-Imprint-Stempel und der aufgedruckten Si-Oberflächen zu untersuchen. Das Querschnittsprofil des bedruckten festen Si wurde mit dem des verwendeten porösen Au-Stempels verglichen (Abbildung 10). Mustertran.......
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Diskussion
Mac-Imprint-Stempel und vorgepanzerte Si-Chips (p-Typ, [100] Ausrichtung, 1-10 Ohm∙cm) wurden gemäß Abschnitt 1 bzw. 2 des Protokolls hergestellt. Der Mac-Imprint des vorgefertigten Si-Chips mit Stempeln, die hierarchische 3D-Muster enthalten, wurde gemäß Abschnitt 3 des Protokolls durchgeführt (Abbildung 9). Wie in Abbildung 9a gezeigt, wurden verschiedene Konfigurationen von Mac-Imprint angewendet: festes Si mit festem Au (links), poröses Si m.......
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Offenlegungen
Wir haben nichts offenzulegen.
Danksagungen
Wir danken Dr. Keng Hsu (University of Louisville) für einblicke in diese Arbeit; Frederick Seitz Laboratory der University of Illinois und, in memoriam, Mitarbeiter Scott Maclaren; LeRoy Eyring Center for Solid State Science der Arizona State University; und die Science Foundation Arizona im Rahmen des Bis grove Scholars Award.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Aceton, >99,5%, ACS Reagenz | Sigma-Aldrich | 67-64-1 | VORSICHT, chemisch |
| Ammoniumfluorid, >98%, ACS Klasse | Sigma-Aldrich | 12125-01-8 | ACHTUNG, gefährliche |
| Ammoniumhydroxidlösung, 28-30%, ACS Reagenz | Sigma-Aldrich | 1336-21-6 | VORSICHT, gefährlich |
| AZ 400K Entwickler | Mikrochemikalien | AZ 400K | VORSICHT, chemisch |
| BenchMark 800 Etch | Axic | BenchMark 800 | Reaktives Ionenätzen |
| Chrom-Target, 2" x 0,125", 99,95% Reinheit | ACI-Legierungen | ADM0913 | Magnetron Sputter Chrom-Target |
| CTF 12 | Carbolit Gero | C12075-700-208SN | Rohrofen |
| Exsikkator | Fisher scientific Chemglass Life Sciences | CG122611 | Exsikkator |
| F6T5/BLB | Eiko | F6T5/BLB 6W | UV-Lampe |
| Gold-Target, 2" x 0,125", 99,99% Reinheit | ACI-Legierungen | N/A | Magnetron-Sputter-Gold-Target |
| Heizplatte KW-4AH | Chemat Technology | KW-4AH | Nivellierte Heizplatte mit gleichmäßigem Temperaturprofil |
| Flusssäure, 48%, ACS-Reagenz | Sigma-Aldrich | 7664-39-3 | VORSICHT, extrem gefährlich |
| Wasserstoffperoxid, 30%, ACS-Reagenz | Fisher Chemical | 7722-84-1 | VORSICHT, gefährlicher |
| Isopropylalkohol, >99,5%, ACS-Reagenz | LabChem | 67-63-0 | VORSICHT, chemisch |
| MLP-50 | Wandlertechniken | MLP-50 | Wägezelle |
| Salpetersäure, 70%, ACS-Klasse | SAFC | 7697-37-2 | VORSICHT, gefährlich |
| NSC-3000 | Nano-Master | NSC-3000 | Magnetron-Sputter |
| Kaliumhydroxid, 45%, zertifiziert | Fisher Chemical | 1310-58-3 | ACHTUNG, chemisch |
| Rocker 800 Vakuumpumpe, 110V/60Hz | Rocker | 1240043 | Ölfreie Vakuumpumpe |
| Silikon-Master-Mold | NILT | SMLA_V1 | Siliziumchip mit Muster |
| Siliziumwafer, erstklassiger | Universitätswafer | 783 | Si-Wafer |
| Silber-Target, 2" x 0,125", 99,99% Reinheit | ACI-Legierungen | HER2318 | Magnetron-Sputter-Silber-Target |
| SP-300 | BioLogic | SP-300 | Potentiostat |
| SPIN 150i | Spincoating | SPIN 150i | Spincoater |
| SPR 200-7.0 positiver Fotolack | Microchem | SPR 220-7.0 | VORSICHT, chemisch |
| Rühren Heizplatte | Thermo scientific Cimarec+ | SP88857100 | Allzweck-Heizplatte |
| SU-8 2015 Negativ-Fotolack | Microchem | SU-8 2015 | VORSICHT, chemisch |
| SYLGARD 184 Silikonelastomer-Kit | DOW | 4019862 | VORSICHT, chemisch |
| T-LSR150B | Zaber Technologies | T-LSR150B-KT04U | Motorisierter Lineartisch |
| Trichlor(1H,1H,2H, 2H-Perfluoroctyl)silan (PFOCS), 97% | Sigma-Aldrich | 78560-45-9 | VORSICHT, gefährlich |
Referenzen
- Ning, H., et al. Transfer-Printing of Tunable Porous Silicon Microcavities with Embedded Emitters. ACS Photonics. 1 (11), 1144-1150 (2014).
- Hirschman, K. D., Tsybeskov, L., Duttagupta, S. P., Fauchet, P. M. Silicon-based light emitting devices integrated i....
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Nachdrucke und Genehmigungen
