Способ получения нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью

Использование: для нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью. Сущность изобретения заключается в том, что путем механического воздействия зонда на кремниевую подложку формируют пространственный профиль в виде области шириной 7 мкм и глубиной 800 нм, после чего дополнительно на поверхность подложки в рамках метода гидротермального синтеза наносят эквимолярный раствор ацетата цинка Zn(O2C2H3)2, гексаметилтетрамина C6H12N4 и N-цетил-N,N,N-триметиламмоний бромид. Далее проводят нагрев до 85°С, в результате чего в области пространственного профиля формируется нанолитографический рисунок с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью. Технический результат: обеспечение возможности формирования наноматериалов в виде нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью. 2 ил.

 

Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способам формирования наноматериалов в виде нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью, и может быть использовано для получения устройств нано- и микроэлектроники нового поколения.

В настоящее время для формирования литографических рисунков, в том числе с наноразрешением, используют два основных технологических подхода. Первый подход является логическим развитием идей классической микроэлектронной технологии и основан на использовании оптической, рентгеновской или электронно-лучевой литографии. Уменьшение длины волны излучения при экспонировании того или ионного фоторезиста обеспечивает возможность создания рисунков с размером отдельных элементов менее 100 нм. Второй подход по своей сути является чисто нанотехнологическим и основан на использовании некоторого зонда, перемещающегося по поверхности подложки и контактирующего с ней в локальных областях. При этом различают механическую и электронную модификацию поверхности.

Разработка способов получения наноматериалов со сверхразвитой поверхностью является одной из актуальных задач нанотехнологии. Такие материалы обладают уникальными каталитическими и адсорбционными свойствами, а также сверхвысокой удельной площадью взаимодействия с окружающей средой, что определяет их применение для катализаторов и фотокатализаторов, газовых сенсоров, солнечных элементов, оптических приборов и приборов биомедицинского назначения [1-3].

Известен способ формирования наноструктур [4], включающий образование рельефа в слое резиста, нанесенного на подложку, методом наноимпринт-литографии с наложением на штамп возбуждающих ультразвуковых колебаний и осевого усилия. В рамках данного способа дополнительно в подложке регистрируют ультразвуковые колебания, возникающие при контакте штампа с резистом, по интенсивности и/или фазе, и/или спектру которых судят о степени заполнения резистом рельефа штампа. Недостатком такого способа является сложность изготовления штампа, отсутствие возможности формирования нанолитографических рисунков произвольной геометрии, а также контроля степени развитости поверхности и ее структурного совершенства.

Известен способ формирования полимерных шаблонов наноструктур разной геометрии [5], включающий формирование цифрового шаблона наноструктур, перенос этого шаблона на поверхность позитивного резиста, нанесенного на подложку, проявление резиста. В данном способе в качестве подложки наряду с полупроводниковыми используются подложки, покрытые металлом, при этом шаблоны в форме наноразмерных колец формируют одноточечным экспонированием позитивного резиста электронным пучком диаметром 2 нм и дозой в диапазоне от 0.2 до 100 пКл на точку. Также шаблоны наноструктур сложной формы и высокого разрешения формируют последовательным точечным экспонированием позитивного резиста с шагом от 5 до 30 нм с увеличением средней скорости экспонирования до 10 раз. Недостатком такого способа является то, что он не позволяет формировать наноструктуры непосредственным образом (напрямую), а только лишь шаблоны для их изготовления. Кроме того, данный способ не позволяет управлять структурным совершенством и степенью развитости поверхности изготавливаемых наноматериалов.

Также известен способ получения регулярных систем наноразмерных нитевидных кристаллов кремния [6], включающий подготовку кремниевой пластины путем маскирования ее поверхности фоторезистом, создания в нем отверстий, электрохимического осаждения в отверстия фоторезиста островков металла из раствора электролита, и помещения подготовленной пластины в ростовую печь с последующим выращиванием на ней нитевидных кристаллов. В этом способе цилиндрические отверстия в фоторезисте создают диаметром менее 250 нм импринт-литографией, островки металла осаждают толщиной менее 12,5 нм, после чего удаляют фоторезист в 5% растворе плавиковой кислоты. Недостатком такого способа является узкий спектр получаемых наноматериалов (только нитивидные кристаллы кремния), а также отсутствие возможности управления их структурным совершенством и степенью развитости поверхности.

Известен способ получения фракталоподобных структур и устройство его осуществления [7], который включает получение потока слабоионизованного газа из исходного плазмообразующего материала, охлаждение потока слабоионизованного газа до температуры конденсации, формирование из нейтральных и заряженных частиц наноструктур, агрегацию наноструктур в кластеры и их рост до фракталоподобных структур. Согласно данному способу слабоионизованный газ получают при струйном диафрагменном импульсном электрическом разряде в режиме течения струй продуктов высокотемпературной эрозии с заданным параметром нерасчетности. Недостатком такого способа является отсутствие возможности формирования нанолитографического рисунка и контроля степени развитости поверхности.

Также известен способ получения тонких пленок с фрактальной структурой [8], который заключается в том, что на подложку в вакууме осаждают материал пленки, а в непосредственной близости от подложки, но вне зоны потока осаждаемого материала помещают резонатор. Данный резонатор содержит подложку, на которой сформирована матрица, состоящая из набора одинаковых элементов, каждый из которых представляет собой центральную, симметричную относительно центра, часть фрактальной структуры с уровнем фрактализации М не менее трех. Модуль первого уровня фрактализации состоит из 1+N окружностей радиуса r0, где N больше двух. Центры N окружностей расположены на первой окружности через равные расстояния по ней, и окружности с радиусом 2R0, центр которой совпадает с центром первой окружности. Окружность с радиусом 2R0 является первой окружностью модуля второго уровня, и в точках ее сопряжения с окружностями первого уровня расположены центры модулей первого уровня. Полученную структуру охватывает окружность с радиусом 4R0, являющаяся первой для модуля третьего уровня, и в точках ее сопряжения с окружностями модуля второго уровня расположены центры модулей второго уровня. Полученную структуру охватывает окружность с радиусом 8R0 и далее структура сформирована таким же образом, причем фрактальная структура сформирована линиями из материала, имеющего кристаллическую решетку. Недостатком такого способа является отсутствие возможности формирования произвольного нанолитографического рисунка, т.е. рисунка, не содержащего окружностей. Кроме того, данный способ не позволяет управлять степенью развитости поверхности получаемого наноматериала.

Известен способ получения сетчатой микро- и наноструктуры, в частности для оптически прозрачных проводящих покрытий [9]. В процессе осуществления способа на подложке формируют слой из вещества, которое в процессе химической и/или физической реакции способно образовывать трещины; осуществляют операцию образования трещин в указанном слое при помощи химической и/или физической реакции; осуществляют операции по использованию полученного слоя, содержащего трещины, в качестве шаблона для задания геометрии микро- и наноструктуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ получения нанолитографических рисунков в рамках зондовой литографии [10]. Способ заключается в том, что путем механического воздействия зонда на подложку формируют пространственный профиль в виде области заданной геометрии, которая представляет собой нанолитографический рисунок.

Недостатком такого способа является отсутствие возможности формировании наноматериала в виде нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью.

Технический результат изобретения заключается в том, что с помощью совмещения методов зондовой литографии и гидротермального синтеза формируются нанолитографические рисунки с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью.

Это достигается тем, что в известном способе формирования нанолитографических рисунков методом зондовой литографии, заключающемся в том, что путем механического воздействия зонда на подложку формируют пространственный профиль в виде области заданной геометрии, дополнительно на поверхность подложки в рамках метода гидротермального синтеза наносят эквимолярный раствор ацетата цинка (Zn(O2C2H3)2), гексаметилтетрамина (C6H12N4) и СТАВ (поверхностно-активное вещество), после чего проводят нагрев до 85°С, в результате чего в области пространственного профиля формируется нанолитографический рисунок с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью.

Реальная поверхность подложек в большинстве случаев неоднородна и разные ее участки обладают отличающимися каталитическими и адсорбционными свойствами. В первую очередь катализ и активированная адсорбция идут на активных центрах, в качестве которых могут выступать поверхностные атомы, испытывающие сильный дефицит соседей. Самый простой способ реализации данного случая – это механическое воздействие на подложку. В местах формирования пространственного профиля в виде области заданной геометрии образуются атомы, испытывающие больший дефицит соседей, нежели атомы плоской поверхности. Поэтому процесс механического воздействия зонда на поверхность кремниевой подложки приводит к образованию атомов кремния в дефиците соседей, которые являются катализатором реакции гидролиза гексаметилтетрамина (фиг. 1). При этом в местах формирования пространственного профиля в виде области заданной геометрии появляются центры роста оксида цинка.

Пример выполнения способа. Формирование нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью на подложках из монокристаллического кремния.

1. Согласно предлагаемому способу на поверхности подложки из кремния (Si) КЭФ (111) методом зондовой литографии путем приложения механического воздействия при давлении 6.2·109 Па между перемещающимся зондом и подложкой был сформирован пространственный профиль в виде области шириной 7 мкм, глубиной 800 нм.

2. В рамках гидротермального метода готовили эквимолярный раствор ацетата цинка (Zn(O2C2H3)2), гексаметилтетрамина (C6H12N4) и N-цетил-N,N,N-триметиламмоний бромид (СТАВ, поверхностно-активное вещество). Ацетат цинка использовали в качестве источника ионов цинка Zn2+, а СТАВ применяли для создания условий ограничения роста диаметра нанобъектов, формирующих нанолитографический рисунок.

3. Приготовленный эквимолярный раствор наносили на подложку со сформированным механическим воздействием пространственным профилем с помощью дозатора при температуре 85°С, которая обеспечивала термическое разложение гидроксида цинка (Zn(OH)2) до оксида цинка (ZnO) и закрепление нанолитографического рисунка. При этом обеспечивалось протекание следующих реакций:

После синтеза подложку со сформированным нанолитографическим рисунком промывали в дистиллированной воде.

На фиг. 1. и 2 представлено изображение нанолитографического рисунка с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью сформированного в рамках заявляемого способа, полученное с помощью растровой электронной микроскопии. Анализ фиг. 1 и 2. показывает, что преимущественный рост наностержней оксида цинка происходит в области, сформированной механическим воздействием зонда на подложку. Средняя плотность центров роста нанострежней по данным математического анализа составила 2,25·1012 м-2.

Благодаря отличительным признакам изобретения с помощью совмещения методов зондовой литографии и гидротермального синтеза формируются нанолитографические рисунки с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью.

Предлагаемый способ может найти применение для получения устройств нано- и микроэлектроники нового поколения, включая чувствительных элементов газовых сенсоров, датчиков вакуума и мультисенсорных систем.

Список источников информации

1. Dorogov M.V., Dovzhenko O.A., Gryzunova N.N., Vikarchuk A.A., Romanov A.E. New Functional Materials Based on Nano-and Micro-Objects with Developed Surface //Acta Physica Polonica A. 2015. V. 128. №4. P.503-505.

2. Грызунова Н.Н., Викарчук А.А. и Тюрьков М.Н. Получение и исследование электролитических материалов с энергоемкой дефектной структурой и развитой поверхностью // Деформация и разрушение материалов. 2016. Т.2. С.13-19.

3. Мурзин С.П., Трегуб В.И., Мельников А.А., Трегуб Н.В. Применение фокусаторов излучения для создания металлических нанопористых материалов с высокой удельной площадью поверхности лазерным воздействием // Компьютерная оптика. 2013. Т.37. №2. С. 226-230.

4. Патент РФ №2384871, МПК G03F 7/00, G01N 9. Способ наноимпринт-литографии / Никитов С.А., Филимонов Ю.А., Высоцкий С.Л., Кожевников А.В., Хивинцев Ю.В., Джумалиев А.С., Никулин Ю.В., Веселов А.Г. // Бюл. №8 от 20.03.2010 г.

5. Патент РФ №2574527, МПК G03F 7/00, B82B 3/00. Способ формирования полимерных шаблонов наноструктур разной геометрии / Смардак А.С., Анисимова М.В., Огнев А.В. // Бюл. №4 от 10.02.2016.

6. Патент РФ №2336224, МПК B82B 3/00, C30B 29/62, C30B 29/06, C30B 25/00, H01L 21/027. Способ получения регулярных систем наноразмерных нитивидных кристаллов кремния / Небольсин В.А., Щетинин А.А., Дунаев А.И., Завалишин М.А. // Бюл.29 от 20.10.2008 г.

7. Патент РФ №2180160, МПК H05H 1/00, H05H 1/42. Способ получения фракталоподобных структур и устройство его осуществления / Калашников Е.В., Рачкулик С.Н. // Опубл. 27.02.2002 г.

8. Патент РФ №2212375, МПК B82B 3/00. Способ получения тонких пленок с фрактальной структурой / Серов И.Н., Марголин В.И. // Опубл. 20.09.2003 г.

9. Патент РФ №2574249, МПК B82B 1/00, H01L 21/31, H01L 21/32, C01B 31/02, B82Y 40/00. Сетчатая микро- и наноструктура, в частности для оптически прозрачных проводящих покрытий, и способ ее получения / Хартова С.В., Симунин М.М., Воронин А.С., Карпова Д.В., Шиверский А.В., Фадеев Ю.В. // Бюл. №4 от 10.02.2016.

10. Rosa L.G., Liang J. Atomic force microscope nanolithography: dip-pen, nanoshaving nanografting, tapping mode, electrochemical and thermal nanolithography // J. Phys.: Condens. Matter. 2009. V. 21(48). P. 483001.

Способ получения нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью, заключающийся в том, что в рамках метода зондовой литографии путем механического воздействия зонда на кремниевую подложку формируют пространственный профиль в виде области шириной 7 мкм и глубиной 800 нм, отличающийся тем, что дополнительно на поверхность подложки в рамках метода гидротермального синтеза наносят эквимолярный раствор ацетата цинка Zn(O2C2H3)2, гексаметилтетрамина C6H12N4 и N-цетил-N,N,N-триметиламмоний бромид, после чего проводят нагрев до 85°С, в результате чего в области пространственного профиля формируется нанолитографический рисунок с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области нанотехнологии и пищевой промышленности. Способ получения нанокапсул экстракта хлореллы в альгинате натрия характеризуется тем, что в качестве оболочки нанокапсул используют альгинат натрия, а в качестве ядра - экстракт хлореллы, при этом экстракт хлореллы медленно добавляют в суспензию альгината натрия в петролейном эфире в присутствии 0,01 г Е472с в качестве поверхностно-активного вещества, затем перемешивают при 1000 об/мин, после чего полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро : оболочка составляет 1:3, или 1:5, или 1:1.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для изготовления композитных материалов. Углеродные нанотрубки и дисперсионную среду, представляющую собой вещество, имеющее угол смачивания по отношению к высокоупорядоченному пиролитическому графиту не более 120°, смешивают путём механической обработки до максимального размера агломератов углеродных нанотрубок не более 50 мкм.

Изобретение относится к области физико-химического анализа. Предложен способ определения состава поверхностного слоя двухкомпонентной наночастицы сферической формы в матрице, согласно которому с целью установления размерной зависимости состава поверхностного слоя наночастицы, сплав, содержащий наноразмерные частицы, подвергают термическому отжигу, определяют состав наночастицы и матрицы, а также средний радиус наночастицы.
Изобретение относится к области нанотехнологии, в частности к фармацевтике. Способ получения нанокапсул цианида калия характеризуется тем, что в качестве оболочки нанокапсул используется каррагинан, в качестве ядра - цианид калия, при этом цианид калия добавляют в суспензию каррагинана в этаноле в присутствии препарата Е472 с, при массовом соотношении ядро:оболочка 1:1, или 1:3, или 5:1 соответственно, при перемешивании 1200 об/мин, затем добавляют петролейный эфир, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.
Изобретение относится в области нанотехнологии, ветеринарной медицине и микробиологии. Способ получения нанокапсул солей лантаноидов в альгинате натрия характеризуется тем, что в качестве оболочки нанокапсул используется альгинат натрия, а в качестве ядра - соль лантаноидов при массовом соотношении ядро:оболочка 1:3, при этом соль лантаноида добавляют в суспензию альгината натрия в бутаноле, содержащую препарат Е472 с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1200 об/мин, далее приливают гексан, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре.

Настоящее изобретение относится к армированному композиционному материалу на основе органических волокон природного происхождения, применяемому в качестве тепловой или аккустической изоляции, а также к способу его получения.

Изобретение относится к медицине, в частности к онкологии, и может быть использовано для селективного лазерного фототермолиза раковых клеток плазмонно-резонансными наночастицами.

Изобретение относится к медицинской робототехнике. Медицинский робот содержит корпус, размещенные в нем по меньшей мере одно средство передвижения с электроприводом(ами), анализирующее устройство и по меньшей мере один инструмент с электроприводом.

Изобретение относится к области медицины, в частности к композиции для стимуляции регенерации костной ткани челюстей, содержащей гидроксид кальция, сульфат бария и нанокристаллический диоксид церия в изотоническом растворе.
Изобретение относится к области нанотехнологии и пищевой промышленности. Способ получения нанокапсул спирулины в агар-агаре характеризуется тем, что в качестве оболочки нанокапсул используют агар-агар, а в качестве ядра - спирулину, при этом порошок спирулины медленно добавляют в суспензию агар-агара в бутаноле в присутствии 0,01 г Е472с в качестве поверхностно-активного вещества, затем перемешивают при 1000 об/мин, после приливают бутилхлорид, после чего полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро:оболочка составляет 1:1, или 1:3, или 1:5.

Изобретение относится к области физико-химического анализа материалов, более конкретно к определению термодинамической активности (в дальнейшем активности) компонентов в поверхностном слое наночастицы, находящейся в матрице в бинарной системе в равновесных условиях. Согласно заявленному способу подвергают термическому отжигу двухкомпонентный сплав, содержащий дисперсные частицы сферической формы в нанометровом диапазоне в дисперсионной среде (матрице). Определяют состав наночастицы и матрицы, а также средний радиус наночастицы и по формуле: где , , - термодинамическая активность i-го компонента в поверхностном слое, наночастице и матрице соответственно, σ - поверхностное натяжение наночастицы в матрице, σ0i - поверхностное натяжение наночастицы в собственной матрице i-го компонента, , ω0i, δ0i - молярная поверхность и параметр Толмена на границе фаз α и β чистого i-го компонента, r - радиус наночастицы (радиус поверхности натяжения), T - температура, R - газовая постоянная, , - молярный объем i-го компонента в фазе ν (ν=α, β, σ), находят искомую величину. Технический результат – повышение точности и информативности получаемых данных. 1 табл.

Использование: для управления созданием нанокристаллических структур на основе распознавания их оптических спектров. Сущность изобретения заключается в том, что способ управления созданием нанокристаллических структур на основе распознавания их оптических спектров заключается в регистрации оптического спектра, генерируемого создаваемой нанокристаллической структурой, сравнении оптического спектра с эталонными спектрами и формировании по результатам сравнения сигналов управления, при этом сигналы управления формируют путем повышения или снижения концентраций компонентов, входящих в химический состав нанокристаллической структуры. Технический результат - обеспечение возможности повышения точности контроля и воспроизводимости создаваемых нанокристаллических структур. 3 ил.

Использование: для нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью. Сущность изобретения заключается в том, что путем механического воздействия зонда на кремниевую подложку формируют пространственный профиль в виде области шириной 7 мкм и глубиной 800 нм, после чего дополнительно на поверхность подложки в рамках метода гидротермального синтеза наносят эквимолярный раствор ацетата цинка Zn2, гексаметилтетрамина C6H12N4 и N-цетил-N,N,N-триметиламмоний бромид. Далее проводят нагрев до 85°С, в результате чего в области пространственного профиля формируется нанолитографический рисунок с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью. Технический результат: обеспечение возможности формирования наноматериалов в виде нанолитографических рисунков с кристаллической структурой со сверхразвитой поверхностью. 2 ил.

Наверх