La litografía con sonda de barrido térmico (t-SPL) es una forma de litografía con sonda de barrido [1] (SPL) mediante la cual el material se estructura en la nanoescala utilizando sondas de barrido , principalmente mediante la aplicación de energía térmica .
Los campos relacionados son SPL termomecánico (ver también Memoria de milpiés ), SPL termoquímico [2] [3] (o nanolitografía termoquímica ), donde el objetivo es influir en la química local, y la litografía de pluma de inmersión térmica [4] como técnica aditiva .
Los científicos alrededor de Daniel Rugar y John Mamin en los laboratorios de investigación de IBM en Almaden han sido los pioneros en el uso de sondas AFM (microscopio de fuerza atómica) calentadas para la modificación de superficies. En 1992, utilizaron pulsos de láser de microsegundos para calentar las puntas de AFM y escribir sangrías tan pequeñas como 150 nm en el polímero PMMA a velocidades de 100 kHz. [5] En los años siguientes, desarrollaron voladizos con frecuencias de resonancia superiores a 4 MHz y calentadores resistivos integrados y sensores piezorresistivos para escritura y lectura de datos. [6] [7] Este termomecánicoEl concepto de almacenamiento de datos formó la base del proyecto Millipede, que fue iniciado por Peter Vettiger y Gerd Binnig en los laboratorios de investigación de IBM en Zurich en 1995. Fue un ejemplo de un dispositivo de almacenamiento de memoria con una gran variedad de sondas paralelas, que sin embargo nunca se comercializó debido a la creciente competencia de la memoria no volátil como la memoria flash . El medio de almacenamiento de la memoria de milpiés consistía en polímeros con funcionalidad de memoria de forma, como por ejemplo , poliestireno reticulado , [8] para permitir escribir sangrías de datos por deformación plástica.y borrar los datos nuevamente calentando. Sin embargo, la evaporación en lugar de la deformación plástica era necesaria para que las aplicaciones de nanolitografía pudieran crear cualquier patrón en la capa protectora . Tal evaporación local de la resistencia inducida por una punta calentada podría lograrse para varios materiales como tetranitrato de pentaeritritol , [9] policarbonatos reticulados , [10] y polímeros Diels-Alder . [11] En 2010, en IBM Research en Zurich, se logró un progreso significativo en la elección del material de resistencia, lo que condujo a patrones precisos en relieve en 3D de alta resolución [12] con el uso de la autoamplificación polímero de despolimerización poliftalaldehído (PPA) [12] [13] y vidrios moleculares [14] como resist, donde el polímero se descompone en monómeros volátiles al calentar con la punta sin la aplicación de fuerza mecánica y sin acumulación o residuos del resist.
Los voladizos térmicos se fabrican a partir de obleas de silicio mediante procesos de micromecanizado a granel y de superficie . Las sondas tienen un radio de curvatura por debajo de 5 nm, lo que permite una resolución de menos de 10 nm en la resistencia. [15] El calentamiento resistivo se realiza mediante microcalentadores integrados en las patas en voladizo que se crean mediante diferentes niveles de dopaje . La constante de tiempo de los calentadores se encuentra entre 5 μs y 100 μs. [16] [17] La electromigración limita la temperatura del calentador sostenible a largo plazo a 700–800 ° C. [17] Los calentadores integrados permiten la metrología in situ de los patrones escritos, lo que permite el control de retroalimentación, [18] costura de campo sin el uso de marcadores de alineación [19] y el uso de estructuras pre-estampadas como referencia para superposición de menos de 5 nm . [20] Se ha demostrado la transferencia de patrones para la fabricación de dispositivos semiconductores , incluido el grabado con iones reactivos y el despegue de metales, con una resolución inferior a 20 nm. [21]