Helium ion beam (HIB) teknologi spelar en viktig roll i de extrema områdena av nanotillverkning. På grund av hög upplösning och känslighet används HIB nanotillverkningsteknik i stor utsträckning för att mönstra nanostrukturer till komponenter, enheter eller system i integrerade kretsar, materialvetenskap, nanooptik och biovetenskapliga tillämpningar. HIB-baserad nanotillverkning inkluderar direktskrivfräsning, jonstråleinducerad avsättning och direktskrivlitografi utan att behöva motstå hjälp. Deras tillämpningar i nanoskala har också utvärderats inom områdena integrerade kretsar, materialvetenskap, nanooptik och biologiska vetenskaper.

I en ny artikel publicerad i International Journal of Extreme Manufacturing , ett team av forskare, ledda av Dr. Deqiang Wang från Chongqing Key Laboratory of Multi-scale Manufacturing Technology, Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Chinese Academy of Sciences, PR Kina, har utförligt sammanfattat de extrema processerna och tillämpningarna av HIB-nanotillverkning .

Huvudsyftet med denna översyn är att ta itu med den senaste utvecklingen inom HIB-teknik med deras extrema bearbetningsförmåga och utbredda tillämpningar inom nanotillverkning. Baserat på introduktionen av HIM-systemet med GFIS har HIB-teknikens prestandaegenskaper och fördelar diskuterats först. Därefter har vissa frågor om de extrema processerna och tillämpningarna av HIB nanotillverkning tagits upp:Hur många extrema processer och tillämpningar av HIB-teknik har utvecklats inom nanotillverkning för integrerade kretsar, materialvetenskap, nanooptik och biovetenskapliga tillämpningar? Vilka är de största utmaningarna i den extrema nanotillverkningen med HIB-teknik för tillämpningar med hög upplösning och känslighet?

HIM har fördelarna med hög upplösning och känslighet för tillverkning av extrema nanostrukturer. HIB-baserad nanotillverkning inkluderar direktskrivfräsning, jonstråleinducerad avsättning och direktskrivlitografi utan att behöva motstå hjälp. Deras tillämpningar i nanoskala har också utvärderats inom områdena integrerade kretsar, materialvetenskap, nanooptik och biologiska vetenskaper. Denna recension täcker huvudsakligen fyra tematiska tillämpningar av HIB:1) heliumjonmikroskopi (HIM) avbildning för biologiska prover och halvledare; 2) HIB-fräsning och svällning för 2D/3D nanoportillverkning; 3) HIB-inducerad deposition för nanopelare, nanotrådar och 3D nanostrukturer; 4) ytterligare HIB-direktskrivning för resist-, grafen- och plasmoniska nanostrukturer.

HIB-teknik används för högkontrast, högupplöst bildåtergivning av ledande, halvledar-, isoleringsmaterial och biologiska prover. Även om jonerna kolliderar med målprovet kommer det att vara bättre än konventionell SEM-avbildning. Den fokuserade HIB-teknologin har tydliga fördelar inom nanotillverkning, inklusive fräsprocesser för lokal tjocklekskontroll och nanostrukturtillverkning i fristående membran eller bulkmaterial. Emellertid kan amorfiseringen och heliumimplantationen orsaka provskador under HIB-fräsning på bulksubstrat. Därför är optimeringen av jondos, strålenergi och HIB-doshastighet avgörande för lokal tjockleksmanipulation och topografinoggrannhetskontroll vid tillverkning av nanostrukturer. Jonstråleinducerad deposition är en viktig nanotillverkningsteknik, som kan modifiera materialegenskaperna i enlighet med interaktionen mellan jonstrålen och materialen. Utvecklingen av HIB-inducerad deposition är en rimlig, lämplig teknik för dessa specifika nanotillverkningstillämpningar på grund av den lätta massan av heliumjoner och de olika elektriska egenskaperna mellan inert helium och elektroaktivt gallium. På grund av fläckstorleken under nanometer används den fokuserade HIB som en ny, högupplöst direktskrivande exponeringsstråle för nanotillverkning. Enligt dess höga upplösning, höga SE-utbyte och låga närhetseffekt är HIB-direktskrivning lika med eller bättre än elektronstrålelitografi för tillverkning av nanoelektroniska enheter. Dessutom, på grund av den relativt låga massan, skadas heliumjoner mindre än andra partiklar som elektroner och galliumjoner för exponerade målsubstrat.

Professor Deqiang Wang (Director of Chongqing Key Laboratory of Multi-scale Manufacturing Technology, CIGIT), Professor Wen-Di Li, Professor Wei Wu, Dr. Shixuan He, and Dr. Rong Tian have identified a few critical challenges in the extreme processes and applications of HIB nanofabrication as follows:

"For extreme nanofabrication, nanometer-scale nanopores that are beneficial for single base recognition of DNA/RNA sequences can be fabricated by HIB milling on thinned silicon nitride membrane or suspended graphene. Amorphization during the milling process promotes the formation of specific 3D nanopores, which can be used for potential nano-optics and bioscience applications."

"The chemical reaction of the precursor gas molecules adsorbed on the surface induced by HIB results in the direct deposition of programmed 3D structures at the nanoscale."

"HIB direct writing without resist-assisted is used to pattern sub-10-nm nanochannels, nanoribbons, and nanostructures for nanoscale functional devices."

"Both HIM imaging and HIB nanofabrication must take into account the inevitable damage which is caused by the collision between helium ions and probe substrate. HIB technology has a lower sputtering yield but can produce larger damage on the substrate in nanofabrication processing, such as bubbles, implantation, and amorphization. More in-depth theoretical research on the interaction mechanism between helium ions and materials has promoted the improvement of the processing capability of the extreme nanofabrication with HIB technology."

"The stability and repeatability of the HIB milling process will be enhanced to meet the requirements of sub-nanometer resolution and high-throughput fabrication in special applications. When optimizing the nanofabrication process, the positive or negative impact of helium ions bombardment on the material properties should be considered, so that HIB technology can be used to directly fabricate nanostructures with fewer defects and excellent performance."

"For direct-write HIB technique and HIB-induced deposition processes, the common challenge is to increase the complexity of nanostructures while maintaining the nanoscale feature size for the special applications. To increase the complexity of nanostructures and their applications in production, the direct writing process of HIB technology must be improved through careful optimization of parameters. Besides, the proximity effect should be also taken into consideration in the HIB direct writing and HIB-induced deposition processes."

Researchers have demonstrated that HIB technology will play an important role in extreme nanofabrication because it has the advantages of high sensitivity, resolution, and precision for direct writing milling, patterning, assisted-milling, and deposition processes with fewer damages to the samples. + Utforska vidare

How to draw a line narrower than a cold virus