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一种简单的方法可以在原子尺度上蚀刻图案

宾夕法尼亚州立大学和西南交通大学以及中国清华大学的研究小组已经开发出一种精确,无化学方法,用于蚀刻硅片上的纳米级特征。

一种简单的方法可以在原子尺度上蚀刻图案

在标准光刻中,光敏膜沉积在硅晶片上,并且使用称为掩模的图案来暴露膜的某些部分。然后,化学物质 - 例如氢氧化钾溶液 - 将图案蚀刻到硅中。需要进一步的步骤来平滑粗糙的表面。

宾夕法尼亚州立大学和西南交通大学的研究人员开发出一种完全不同的,无化学和无掩模的一步法。他们轻轻地擦拭了一个称为扫描探针显微镜的仪器的圆形硅胶尖端,穿过硅衬底 - 通常用于制造电子器件的材料基底。当暴露于空气中的水蒸气时,顶层硅与扫描探针的尖端形成键合,并且当探针移过硅时单层原子滑落。因为下面的原子不参与化学反应,所以它们完全没有损坏。

“这真是一个非常独特的想法,”宾夕法尼亚州立大学化学工程教授Seong Kim说。“这是一种所谓的摩擦化学反应。与热,光或电场引起的化学反应不同,这些化学反应都被广泛研究,机械刺激的化学反应不太了解。”

当硅暴露于空气并且硅原子的顶部原子层与水分子反应以产生硅 - 氧 - 氢键时,开始去除机制。然后,尖端的氧化硅表面在移动尖端的剪切力下与衬底表面形成氧化硅 - 硅键。这有利于从衬底的最顶部表面去除硅原子。

Kim认为,纳米加工人员试图将设备尺寸缩小到原子级尺寸,可能会发现这种技术很有用。

“原子层蚀刻可以提供人们希望在不使用牺牲层和刺激性化学物质的情况下获得的深度分辨率,”他说。

Kim承认,这种图案化方法对于微细加工来说太慢了。然而,研究人员可以利用它来创建一个测试电子和微机电设备的平台,这些设备具有Angstrom或单原子尺度的特征,远小于当前的设备。至少有一家公司IBM已经尝试了多个探针阵列,这些阵列可能会导致设备的大规模模式化。

“我们的流程可以与他们扩大规模的流程相结合,”金说。“这是最初的科学部分。一旦我们看到科学,就可以探索很多可能性。例如,我们认为这种技术可以与硅以外的其他材料一起使用。”

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