图形化技术在纳米器件制造中的应用研究进展

　　0　引言

　　纳米器件包括纳米电子器件和纳米光电器件,可广泛应用于电子学、光学、微机械装置、新型计算机等,是当今新材料与新器件研究领域中最富有活力的研究领域,也是元器件小型化、智能化、高集成等的主流发展方向。纳米器件由于潜在的巨大市场和国防价值,使得其设计和制造的方法、途径、工艺等成为众多科学家、政府和大企业研究和投资的热点,如2005年通用公司全球研发中心的Ji Ung Lee宣称用碳纳米管制造出至今为止最出色的二极管、Intel等四大半导体公司投资3.5亿美元联合开发出0.1μm光刻技术等。在我国众多国家性的研究项目中,也可见到纳米器件及其相关的项目,如国家自然科学奖中与纳米器件相关的项目:2004年度有“光电功能配位化合物及其组装”等5项、2005年度有“超分子体系中的光诱导电子转移、能量传递和化学转换”等7项,由此可见其重要性。

　　从广义上讲,图形化技术就是在基片表面形成一定图案的技术,是一种非常古老而又应用广泛的技术。在纸张上书写文字,就是该技术实际应用的一个很好的例子。从狭义上讲,纳米器件设计与制造领域中的图形化技术,是指在基材表面上形成规则的、并具有一定功能的表面功能结构,利用这些规则性和功能性结构获得各种纳米尺寸的器件。

　　纳米器件是由纳米线、纳米薄膜、纳米颗粒点阵(量子点阵)等构筑的新型器件,每一个功能单元含有的原子或分子有限,工作基础是单电子或有限电子的行为。纳米器件的获得需要人们具有操纵原子与分子的能力,因此是一个新的研究领域。目前,纳米器件的设计与制造正处于一个飞速发展时期,方法多种多样,图形化技术就是其途径之一,本文拟介绍该技术在纳米器件领域中的研究和应用情况。

　　1　刻蚀(Sculpt)技术

　　刻蚀技术属于“自上而下”的图形化技术,是微电子器件制备的传统技术。它是通过曝光、腐蚀等技术实现器件结构图形的转移,以获得规则性、功能性的结构图形的一种成熟的表面图形化技术,如PCB制造技术、集成电路制造技术等。从原理上讲,只要使用的波长足够短、刻蚀技术的分辨率足够高,就有可能在基片上制造出线宽足够窄的目标图形,即纳米电子器件。将该技术应用于纳米器件的设计与制造的优点是,可以应用在微电子技术中使用成熟刻蚀技术及相关的知识等,但需要研制新的刻蚀设备与材料,而这些研制费用非常昂贵。在实际工作中,刻蚀技术分为光子束刻蚀、电子束刻蚀、离子束刻蚀等种类[1]。

　　1.1　光子束刻蚀(光学光刻)技术

　　光子束刻蚀一直是IC (Integrated circuit)工业中的主流刻蚀技术,人们通过不断拓进各种分辨率增强技术(RETs),不断突破其理论极限,获得的IC器件的线宽已经进入纳米尺寸。这些分辨率增强技术有:短波长化、大数值孔径镜头、低k1值成像、移相掩模、浸没式光刻、偶极照明双重曝光等。