[据物理学组织网站2017年4月28日报道] 随着能够获得更小尺寸图形的材料图形化工艺技术的不断完善,纳米技术得到了长足的进步。作为材料图形化工艺的主要方法之一,电子束光刻技术在这一发展过程起到了不可替代的作用。电子束光刻是将对电子束敏感的材料暴露在聚焦电子束下来实现材料的图形化的。当材料的特征尺寸从宏观尺度缩小至纳米尺度,单个原子和分子便可以被操纵来改变材料的性质,如材料的颜色、化学活性、导电性和光交互性等。

晶体管这个听起来很难理解的东西,其实是手中所有电子产品运作的核心,其中的技术不断在高速发展,令指令周期亦有所提升。从芯片的制造来看,7nm被业界认为是硅材料芯片的物理极限,这也是摩尔定律死亡传闻的根源。

为了找到合适的方法来满足对材料图形化特征尺寸进一步缩小持续增长的需求,美国能源部科学办公室布鲁克海文国家实验室功能纳米材料研究中心的科研人员一直在电子束光刻技术研发领域寻求突破,最近,刚刚创造了一项新的记录。他们在扫描透射电子显微镜的辅助下利用电子束光刻工艺在聚甲基丙烯酸甲酯薄膜上成功实施了特征尺寸约1纳米、间距11纳米的图形化工艺,得到的图形面密度可高达每平方厘米一万亿个。这一创纪录的研究成果已在《纳米快报》上发表。

前不久,劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限,采用碳纳米管复合材料将现有最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm,让摩尔定律的发展前景看到了新的希望。最近,这方面的研究又有重大突破。

研究人员表示,他们从事该研究的主要目的是想了解材料的光、电、热及其它性能是如何随特征尺寸的减小而发生改变的。直到现在,还从未有过以如此可控、高效的方式实现1纳米分辨率的图形化工艺。

根据EE Times报道称,美国能源部(DOE)下属的布鲁克海文国家实验室的科研人员日前宣布创造了新的世界记录,他们成功制造了尺寸只有1nm的印刷设备,使用还是电子束印刷工艺而非传统的光刻印刷技术。

商业电子束光刻设备典型的材料图形化尺寸一般在10到20纳米之间。可实现更高分辨率图形的技术一般都需要特殊的条件,这些苛刻的条件不但限制了这些技术的实用性,而且效率并不高。在本研究中,研究人员突破传统电子束光刻工艺分辨率极限的秘诀在于他们在功能材料研究中心的一台相差校正扫描透射电子显微镜中安装了一个图形发生器。通过这样的方式,研究人员将一个单纯的成像工具转变成了一个不仅可以实现原子级分辨率成像而且还可以制作原子级分辨率图形结构的绘图工具。

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测量实验结果显示,该设备将现有图形化特征尺寸缩小了约200%,图形面密度增加了一倍,图形间距从16纳米缩减到11纳米。

(Source: Brookhaven National Laboratory)

经研究人员图形化处理的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜可作为模板将接近1纳米尺寸分辨率的图形转移到其它材料。研究人员凭借这一思路成功在金属材料和半导体材料上实现了特征尺寸小于5纳米的图形化工艺。

这个实验室的科研人员创造性地使用了电子显微镜造出了比普通EBL(电子束印刷)工艺所能做出的更小的尺寸,电子敏感性材料在聚焦电子束的作用下尺寸大大缩小,达到了可以操纵单个原子的地步。他们造出的这个工具可以极大地改变材料的性能,从导电变成光传输以及在这两种状态下交互。

研究人员指出,电子束光刻工艺的分辨率会受到很多因素的影响,其中包括设备局限性、电子束间相互作用、聚合物材料特性和分子尺寸及光刻化学工艺制程控制等。

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