La nanolitografía es un campo creciente de técnicas dentro de la nanotecnología que se ocupan de la ingeniería (grabado, escritura, impresión) de estructuras a escala nanométrica. Del griego, la palabra se puede dividir en tres partes: "nano", que significa enano, "lith", que significa piedra, y "grafía", que significa escribir, o "escritura diminuta en piedra". Hoy en día, la palabra ha evolucionado para abarcar el diseño de estructuras en el rango de 10 −9 a 10 −6 metros, o estructuras en el rango de nanómetros. Esencialmente, el campo es un derivado de la litografía., cubriendo solo estructuras significativamente más pequeñas. Todas las técnicas nanolitográficas se pueden dividir en dos categorías: las que eliminan las moléculas dejando la estructura deseada y las que escriben directamente la estructura deseada en una superficie (similar a la forma en que una impresora 3D crea una estructura).
El campo de la nanolitografía nació de la necesidad de incrementar el número de transistores en un circuito integrado para mantener la Ley de Moore . Si bien las técnicas litográficas han existido desde fines del siglo XVIII, ninguna se aplicó a estructuras a nanoescala hasta mediados de la década de 1950. Con la evolución de la industria de los semiconductores, se disparó la demanda de técnicas capaces de producir estructuras a micro y nanoescala. La fotolitografía se aplicó a estas estructuras por primera vez en 1958, comenzando la era de la nanolitografía. [1] Desde entonces, la fotolitografía se ha convertido en la técnica de mayor éxito comercial, capaz de producir patrones por debajo de los 100 nm. [2] Existen varias técnicas asociadas con el campo, cada una diseñada para cumplir sus múltiples usos en las industrias médica y de semiconductores. Los avances en este campo contribuyen significativamente al avance de la nanotecnología y son cada vez más importantes en la actualidad a medida que aumenta la demanda de chips de computadora cada vez más pequeños. Otras áreas de investigación se ocupan de las limitaciones físicas del campo, la recolección de energía y la fotónica . [2]
Técnicas importantes
Litografia optica
La litografía óptica (o fotolitografía) es uno de los conjuntos de técnicas más importantes y prevalentes en el campo de la nanolitografía. La litografía óptica contiene varias técnicas derivadas importantes, todas las cuales utilizan longitudes de onda de luz muy cortas para cambiar la solubilidad de ciertas moléculas, haciendo que se laven en solución, dejando una estructura deseada. Varias técnicas de litografía óptica requieren el uso de inmersión en líquido y una serie de tecnologías de mejora de la resolución como máscaras de desplazamiento de fase (PSM) y corrección de proximidad óptica (OPC). Algunas de las técnicas incluidas en este conjunto incluyen litografía multifotónica , litografía de rayos X , nanolitografía de acoplamiento de luz (LCM) y litografía ultravioleta extrema (EUVL). [2] Esta última técnica se considera la técnica de litografía de próxima generación (LGN) más importante debido a su capacidad para producir estructuras con precisión por debajo de los 30 nanómetros.
Litografía por haz de electrones
La litografía por haz de electrones (EBL) o la litografía de escritura directa por haz de electrones (EBDW) escanea un haz de electrones enfocado en una superficie cubierta con una película sensible a los electrones o resist (por ejemplo, PMMA o HSQ ) para dibujar formas personalizadas. Al cambiar la solubilidad de la capa protectora y la posterior eliminación selectiva del material por inmersión en un disolvente, se han logrado resoluciones por debajo de los 10 nm. Esta forma de litografía sin máscara de escritura directa tiene alta resolución y bajo rendimiento, lo que limita los haces de electrones de una sola columna a la fabricación de fotomáscaras , la producción de bajo volumen de dispositivos semiconductores y la investigación y el desarrollo. Los enfoques de haces de electrones múltiples tienen como objetivo un aumento del rendimiento para la producción en masa de semiconductores.
EBL se puede utilizar para nanopatrones de proteínas selectivos en un sustrato sólido, destinado a la detección ultrasensible. [3]
Litografía de sonda de barrido
La litografía con sonda de barrido (SPL) es otro conjunto de técnicas para modelar a escala nanométrica hasta átomos individuales utilizando sondas de barrido , ya sea grabando material no deseado o escribiendo directamente material nuevo en un sustrato. Algunas de las técnicas importantes en esta categoría incluyen nanolitografía de pluma sumergida , nanolitografía termoquímica , litografía de sonda de barrido térmico y nanolitografía de oxidación local . La nanolitografía con bolígrafo es la más utilizada de estas técnicas. [4]
Litografía de nanoimpresión
La litografía de nanoimpresión (NIL) y sus variantes, como la litografía de impresión de paso y flash y la impresión dirigida asistida por láser (LADI) son tecnologías prometedoras de replicación de nanopatrones en las que los patrones se crean por deformación mecánica de las resistencias de impresión, generalmente formaciones de monómeros o polímeros curado por calor o luz ultravioleta durante la impresión. [ cita requerida ] Esta técnica se puede combinar con la impresión por contacto y la soldadura en frío . La litografía de nanoimpresión es capaz de producir patrones a niveles por debajo de los 10 nm. [ cita requerida ]
Técnicas misceláneas
Litografía de partículas cargadas
Este conjunto de técnicas incluye litografías de proyección de iones y electrones. Ion litografía por haz utiliza un centrado del haz o amplia de iones ligeros energéticos (como Él + ) para la transferencia de patrón a una superficie. Con la litografía de proximidad por haz de iones (IBL), las características a nanoescala se pueden transferir a superficies no planas. [5]
Magnetolitografía
La magnetolitografía (ML) se basa en aplicar un campo magnético sobre el sustrato mediante máscaras metálicas paramagnéticas denominadas "máscara magnética". La máscara magnética que es análoga a la fotomáscara define la distribución espacial y la forma del campo magnético aplicado. El segundo componente son las nanopartículas ferromagnéticas (análogas al Photoresist ) que se ensamblan sobre el sustrato de acuerdo con el campo inducido por la máscara magnética.
Litografía de nanoesferas
La litografía de nanoesferas utiliza monocapas de esferas autoensambladas (generalmente hechas de poliestireno ) como máscaras de evaporación. Este método se ha utilizado para fabricar matrices de nanopuntos de oro con espaciamientos controlados con precisión. [6]
Litografía de partículas neutras
La litografía de partículas neutras (NPL) utiliza un haz amplio de partículas neutras energéticas para la transferencia de patrones en una superficie. [7]
Litografía plasmónica
La litografía plasmónica utiliza excitaciones de plasmones superficiales para generar patrones de límites más allá de la difracción, beneficiándose de las propiedades de confinamiento del campo de sublongitud de onda de los polaritones del plasmón superficial . [8]
Escritura de haz de protones
Esta técnica utiliza un haz enfocado de protones de alta energía (MeV) para modelar el material resistente en nanodimensiones y se ha demostrado que es capaz de producir patrones de alta resolución muy por debajo de la marca de 100 nm. [9]
Litografía con plantilla
La litografía con esténcil es un método paralelo y sin resistencia para fabricar patrones de escala nanométrica utilizando aberturas de tamaño nanométrico como máscaras de sombra .
Litografía óptica cuántica
La litografía óptica cuántica (QOL), es un método de difracción ilimitado capaz de escribir a una resolución de 1 nm [10] por medios ópticos, utilizando un diodo láser rojo (λ = 650 nm). Se obtuvieron patrones complejos como figuras geométricas y letras a 3 nm resolución [11] sobre sustrato resistente. El método se aplicó a nanopatrón de grafeno a una resolución de 20 nm. [12]
Referencias
- ^ "Jay W. Lathrop | Museo de historia de la computadora" . www.computerhistory.org . Consultado el 18 de marzo de 2019 .
- ^ a b c "ASML: Prensa - Comunicados de prensa - ASML llega a un acuerdo para la entrega de un mínimo de 15 sistemas de litografía EUV" . www.asml.com . Consultado el 11 de mayo de 2015 .
- ^ Shafagh, Reza; Vastesson, Alexander; Guo, Weijin; van der Wijngaart, Wouter; Haraldsson, Tommy (2018). "Nanoestructuración de E-Beam y biofuncionalización de clic directo de Thiol-Ene Resist" . ACS Nano . 12 (10): 9940–9946. doi : 10.1021 / acsnano.8b03709 . PMID 30212184 .
- ^ Soh, Hyongsok T .; Guarini, Kathryn Wilder; Quate, Calvin F. (2001), Soh, Hyongsok T .; Guarini, Kathryn Wilder; Quate, Calvin F. (eds.), "Introducción a la litografía con sonda de exploración", Litografía con sonda de exploración , Microsystems, Springer US, págs. 1–22, doi : 10.1007 / 978-1-4757-3331-0_1 , ISBN 9781475733310
- ^ Dhara Parikh, Barry Craver, Hatem N. Nounu, Fu-On Fong y John C. Wolfe, "Definición de patrón a nanoescala en superficies no planas usando litografía de proximidad de haz de iones y resistencia conformada depositada por plasma", Revista de sistemas microelectromecánicos, VOL. 17, NO. 3 DE JUNIO DE 2008
- ^ A. Hatzor-de Picciotto, AD Wissner-Gross , G. Lavallee, PS Weiss (2007). "Matrices de Cu (2 +) - racimos orgánicos complejados cultivados en nano puntos de oro" (PDF) . Revista de nanociencia experimental . 2 (1): 3-11. Bibcode : 2007JENan ... 2 .... 3P . doi : 10.1080 / 17458080600925807 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ JC Wolfe y BP Craver, "Litografía de partículas neutras: una solución simple para los artefactos relacionados con la carga en la impresión de proximidad por haz de iones", J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (2008) 024007 (12pp)
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- ^ Pavel, E; Prodan, G; Marinescu, V; Trusca, R (2019). "Avances recientes en litografía óptica cuántica de 3 a 10 nm". J. Micro / Nanolith. MEMS MOEMS . 18 (2): 020501. doi : 10.1117 / 1.JMM.18.2.020501 .
- ^ Pavel, E; Marinescu, V; Lungulescu, M (2019). "Nanopatrón de grafeno por litografía óptica cuántica". Optik . 203 : 163532. doi : 10.1016 / j.ijleo.2019.163532 .
enlaces externos
Nanotecnología en Curlie