Запись пучка протонов - Proton beam writing

Запись пучка протонов (или p-лучевая запись) - это прямая запись литография процесс, в котором используется сфокусированный луч высокой энергии (МэВ ) протоны нанести рисунок на материал резиста в наноразмерных размерах. Этот процесс, хотя во многом похож на прямое письмо с использованием электроны, тем не менее, предлагает некоторые интересные и уникальные преимущества.

Протоны, которые примерно в 1800 раз массивнее, чем электроны, имеют более глубокое проникновение в материалы и двигаются почти по прямому пути. Эта особенность позволяет изготавливать трехмерные структуры с высоким соотношением сторон с вертикальными гладкими боковыми стенками и низкой шероховатостью по краям. Расчеты также показали, что запись p-пучком проявляет 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 локальное повреждение, особенно в конце диапазона. Запись с помощью P-луча создает резистивные рисунки на глубине кремний, что позволяет создавать рисунок на селективных областях с различными оптическими свойствами, а также удалять неповрежденные области с помощью электрохимического травления.

Первичным механизмом создания структур в материалах резиста, как правило, является разрыв связи в положительных резистах, таких как ПММА (полиметилметакрилат) или сшивание негативных резистов, таких как СУ-8. В положительном резисте области, поврежденные протонами, удаляются химическим проявлением 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 с помощью p-пучка повреждение вызывается протонами, индуцированными коротким радиусом действия. вторичные электроны. Флюенс протонов, необходимый для воздействия, варьируется от 30 до 150 нКм · мм.⁻² в зависимости от материала резиста и примерно в 80–100 раз меньше, чем требуется для записи электронным лучом. Замечание: Единица флюенса при записи пучка протонов обычно выражается в «заряд / площадь». Его можно преобразовать в «частицы / площадь», разделив «заряд / площадь» на заряд протона, Q = 1,602 · 10⁻¹⁹С.

Запись с помощью P-луча - это новая технология с большим потенциалом, и как текущие экспериментальные данные, так и теоретические прогнозы указывают на то, что трехмерное структурирование менее 10 нм возможно. 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.