Depozice indukovaná elektronovým paprskem

Depozice indukovaná elektronovým paprskem (EBID) je proces, při kterém se molekuly plynu rozkládají působením paprsku elektronů a dochází k ukládání netěkavých látek na pevné povrchy. Zdrojem paprsku elektronů obvykle bývá rastrovací elektronový mikroskop, díky čemuž se dosahuje vysoké prostorové přesnosti (i pod 1 nanometr) a lze vytvořit nepohybující se trojrozměrné struktury.

Průběh

+more3'>Přehled depozice indukované elektronovým paprskem Skladba přístroje.

Většinou se používá soustředěný elektronový paprsek z rastrovacího nebo transmisního elektronového mikroskopu. Dá se též použít depozice indukovaná paprskem iontů (IBID), kde se místo elektronového používá soustředěný paprsek iontů. +more Zdroji jsou zpravidla pevné nebo kapalné látky, jež se převedou do plynného skupenství odpařením nebo sublimací, a kontrolovaně aplikují do prostoru obsahujícího vysoké vakuum. Pevné látky lze sublimovat i samotným paprskem elektronů.

Pokud depozice probíhá za vysokých teplot nebo se do procesu zapojují žíravé plyny, tak se používají speciální vakuové komory, oddělené od mikroskopu, a paprsek prochází několikamikrometrovým otvorem. Malá velikost tohoto otvoru udržuje v mikroskopu vakuum a zachovává přítomnost vzduchu v depoziční komoře. +more Tento způsob depozice lze použít u diamantu.

Za přítomnosti prekurzorového plynu prochází svazek elektronů substrátem, čímž vyvolává ukládání materiálu na použitém povrchu; proces bývá řízen počítači. Rychlost ukládání závisí na řadě parametrů, jako jsou parciální tlak prekurzoru, teplota substrátu, vlastnosti elektronového paprsku a hustota použitého proudu; většinou jde řádově o desítky nm/s.

Mechanismus

Energie elektronů se zpravidla pohybují mezi 10 a 300 keV, kdy mají reakce způsobované dopady elektronů, například disociace prekurzoru, malé účinné průřezy. Většinový podíl mají na rozkladu elektrony s nízkými energiemi: nízkoenergetické sekundární elektrony procházejí rozhraním substrát-vakuum a navyšují celkovou hustotu proudu; významný podíl mají též nepružně odražené elektrony.

Prostorové rozlišení

Primární elektrony mohou být soustředěny do oblastí o velikosti okolo 0,045 nm. Nejmenší vytvořené struktury měly průměr přibližně 0,7 nm. +more Tyto elektrony se od substrátu (v závislosti na své energii) mohou oddělit několik mikrometrů od místa dopadu elektronového paprsku, takže k ukládání materiálu nedochází vždy na zasaženém místě. K vyrovnání této odchylky lze použít kompenzační algoritmy.

Materiály a prekurzory

Depozici indukovanou elektronovým paprskem lze použít k tvorbě vrstev, mimo jiné, Al, Au, amorfního uhlíku, diamantu, Co, Cr, Cu, Fe, GaAs, GaN, Ge, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Re, Si, Si3N4, SiOx, TiOx a W. Omezení představuje dostupnost prekurzorů, které musí být plynné nebo mít nízkou teplotu sublimace.

K ukládání jednotlivých chemických prvků se nejčastěji používají karbonyly kovů, typu Me(CO)x, a metaloceny. Jsou snadno dostupné, ale kvůli zapojení atomů uhlíku z CO ligandů mají často nízký obsah kovu.

Halogenidy kovů, jako je fluorid wolframový (WF6), umožňují lepší ukládání, ale obtížně se skladují, protože jsou toxické a žíravé. Smíšené materiály bývají ukládány s využitím speciálních plynů, například nitrid gallitý (GaN) pomocí D2GaN3.

Výhody

Snadno ovladatelný tvar a složení ukládané vrstvy; elektronový paprsek se lehce řídí a lze použít mnoho různých prekurzorů. * Velmi dobrá přesnost ukládání * Deponovaný materiál je možné zkoumat v průběhu depozice nebo po ní transmisním elektronovým mikroskopem, spektroskopií ztráty energie elektronů, energeticko-disperzní rentgenovou spektroskopií nebo elektronovou difrakcí.

Nevýhody

Pomalý průběh depozice a sériová depozice snižují účinnost a brání využití ve větším měřítku. * Řízení chemického složení ukládané vrstvy je obtížné, protože způsoby rozkladu prekurzorů z velké části nejsou známy.

Depozice indukovaná iontovým paprskem

Depozice indukovaná iontovým paprskem (IBID) je podobná EBID, hlavním rozdílem je použití soustředěného paprsku iontů; nejčastěji jde o Ga+ s energií 30 keV. U obou postupů jsou tím, co vyvolává depozici, sekundární elektrony. +more IBID hmá oproti EBID tyto nevýhody:.

* Větší úhlový rozptyl sekundárních elektronů a tím i nižší úhlové rozlišení. * Ionty Ga+ způsobují kontaminaci a radiační poškození deponované struktury a jsou tak méně vhodné pro využití v elektronice. +more * Depozice probíhá za použití soustředného paprsku iontů, což znesnadňuje zkoumání složení ukládané vrstvy v průběhu procesu nebo krátce po něm. Použít lze pouze rastrovací elektronovou mikroskopii využívající sekundární elektrony, a i tato metoda je omezena krátkým časem pozorování kvůli poškozením způsobovaným paprskem Ga+. Tento nedostatek lze překonat použitím zdvojeného přístroje spojujícího rastrovací elektronový mikroskop a soustředěný paprsek elektronů.

Výhodami IBID jsou rychlejší depozice a lepší čistota vrstvy.

Tvary

Pomocí počítačově řízené depozice indukované elektronovým paprskem lze vytvořit v podstatě jakýkoliv trojrozměrný tvar; pouze je třeba, aby byla na substrát navázána základní struktura. K tvarům získaným tímto postupem patří: * Nejmenší vyrobený magnet. +more * Fraktální nanostromy. * Nanosmyčky. * Supravodivé nanodríty.

IBID human growth. jpg|Tvorba nanostruktury pomocí IBID IBID bacteriophage. +morejpg|Model bakteriofágu vytvořený IBID IBID tower. jpg|Model šikmé věže v Pise vytvořený IBID EBIDloop. JPG|Písmeno Φ sestavené pomocí EBID.

Odkazy

Reference

Související články

Elektronový mikroskop * Soustředěný paprsek iontů * Karbonyly kovů * Metaloceny * Organokovová chemie * Rastrovací elektronový mikroskop * Rastrovací transmisní elektronový mikroskop * Transmisní elektronový mikroskop

Externí odkazy

Kategorie:Elektronové mikroskopy Kategorie:Nanotechnologie