MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ. Litografi Prosesleri. Prof. Dr. Hatem AKBULUT

Transkript

1 Litografi Prosesleri

2 4 mm boyunda deniz altı sıvı akrilikten kalıplanıp katılaştırılmış. Ergitme ve katılaşma bilgisayar kontrollü lazer demeti ile yapılmış. Mikroskobik seviyede insan bünyesinde tedavi amaçlı kullanılması düşünülmekte. Mikro-Üretim Örneği

3 Nanolitografi Uygulamaları Katı hal nano direnç elemanları Şifreleme (Kriotografi) Moleküler elektronik, Miroişlemciler (organik, biyo-organik devreler) Kristalizasyon (kolloidal kirstaller, biyo yapılar) Nano baskı katalizörler Ultra küçük, hassas ve seçici sensörler Nano ve mikro akışkanlar Ultra yüksek yoğunlukta çekirdekleştiriciler (gen devreleri, sıralayıcılar

4 Mikroişlemcilerde ilerleme ~ 10, 000 Tranzistör ~ 2 cm

5 Mikroişlemcilerde ilerleme Core Xeon Phi 5,000,000,000 GK110 Kepler 7,080,000,000 AMD Am486 İşlemci AMD K6 - III İşlemci AMD Athlon İşlemci AMD Opteron İşlemci r intel core i7 İşlemci 0.35 mm 1.2 milyon tranzistör 35 mm mm 9 milyon tranzistör 78 mm nm 37 milyon tranzistör 120 mm nm 100 milyon tranzistör 193 mm 2 40 nm 1 milyar160 milyon tranzistör 250 mm 2

6 Litografi ile Devre Yapımı Işık Maske Lensler Rezist Si wafer

7 Litografi ile Devre Yapımı insulating layer resist insulating layer source gate drain resist coat align, expose and develop source gate drain etch of the insulating layer and resist strip resist insulating layer

8 Litografinin temel basamakları Radyasyona dayanıklı hassas polimer kaplamaların yapılması (spin kaplama vs.) Tabakanın maske veya maskesiz (İşleme bağlı) işleme maruz bırakılması Cihazı ortaya çıkarmak (geliştirmek) İstenmeyen bileşikleri dışarı atmak (dağlamak vs.) veya yeni malzeme biriktirmek (kaplama ile)

9 Litografi Proses Akışı Si Altlık(Wafer) İnce film biriktirme (oksit, nitrür, vs.) Fotorezist kaplama Hafif pişirme Maskeleme Işık, XRD, vs uyg. Rezist malz. işleme Nihai pişirme Prof. Dr. Hatem AKBULUT Litografi sonu

10 Litografi Yöntemleri Fotolitografi Temas Kalkan İz düşüm Elektron Demet Litografisi X-Işını veya UV Litografisi İyon Demet Litografisi Dağlama (Kazıma) AFM Litografisi Nano Küre Litografisi

11 Fotolitografi Optik Kaynak Açıklık Işık Kesici (panjur) Maske Dayanıklı wafer (pulcuk)

12

13 Fotolitografi Örnek (I)

14 Fotolitografi Örnek (II)

15 Fotolitografi ile üretilen bazı örnekler

16 Elektron Demet Litografisi

17 Elektron Demet Litografisi Altlığın üstündeki rezist (Örnek. PMMA) içine nano paternleri transfer etmek için yüksek voltajlı elektronlar kullanılır (1 kv 100 kv) Resist development Define pattern on spin coated E-beam resist RIE etching Prof. Dr. Hatem AKBULUT Cladding deposition

18 Litografi ve gölge buharlaştırma ZEP 520 PMGI SF7 SiO x Si

19 Litografi ve gölge buharlaştırma Elektron demeti ile ışık saçma

20 Litografi ve gölge buharlaştırma İki katmanın seçici olarak ortaya çıkarılması: Üst katman: Alt katman:

21 Litografi ve gölge buharlaştırma Al biriktirme

22 Litografi ve gölge buharlaştırma İlk katmanın oksitlenmesi

23 Litografi ve gölge buharlaştırma Ters açıdan Al biriktirme

24 Litografi ve gölge buharlaştırma Rezist ve artan metalin uzaklaştırılması Galeri bağlantıları

25 Elde edilen ürün Devre ve Josephson Tünel Bağlantıları

26 X-Işını Litografisi

27 Ayırma (Lift-off) Prosesi Prof. Dr. Hatem AKBULUT 27

28 Absorblayıcı

29 İyon Demeti Litografisi Elektron demeti litografisi ile aynı ancak yüksek odaklı elektron demeti kullanan yöntem İyonlar W iğne içeren sıvı bir metal iyon kaynağından çıkarılan iyonlardır. Her biri 125 nm olan delikler bilgisayar kontrollü bir odaklanmış iyon demeti ile delinmiştir.

30 İyon Demeti Üretim Örnekleri 2 mikrometrelik bu dişli odaklı iyon demeti ile üretilmiştir. (Büyütme 50,000 x)

31 İyon Demeti Üretim Örnekleri 6 Adet mikroskobik dişli bir mikro motoru Rpm hızda döndürebilmektedir.

32 Litografi Prosesleri İlk adımda PVD, CVD veya lazer ile kaplama yapımı. Takiben maskeleme (paternleme ile beraber ) yapılıp kaplama dağlanması. Şekil. Paralel elektrodlu tepkime odasında plazmayla dağlama (kazıma).

33 Kimyasal Dağlama Islak dağlama Plazma dağlama Fiziksel Dağlama Sputter dağlama İyon dağlama Kimyasal/Fizikel Dağlama Kimyasal destekli iyon demeti dağlama Reaktif iyon dağlama(rie) Şekil. Silisyumdan kimyasal dağlama litografisi ile üretim

34 Dağlama İşlemi

35 Islak Dağlama Silisyum oksitin dağlanması SiO 2 + 6HF SiF 6 + 2H 2 O + H 2 Silisyumun dağlanması Si + HNO 3 + 6HF H 2 SiF 6 + HNO 2 + H 2 O +H 2

36 Plazma Dağlama

37 Sputter Dağlama

38 İyon Dağlama

39 Reaktif İyon Dağlama

40 Bağlanma papuçları 1.5 mm

41 Bağlantı şeritleri

42 Ferromagnetik - Normal metal tünel bağlantıları Co 100 nm Al Ferro magnet (Co) dan normal metal (Al) a dönme enjeksiyonunu ölçen devre Prof. Dr. Hatem AKBULUT

43 Bir çipteki şehir

44 Basitleştirilmiş karşılaştırmalı dağlama mekanizmaları: (a) iyon dağlama, (b) plazma dağlama ve (c) reaktif iyon dağlama Prof. Dr. Hatem AKBULUT

45 AFM Litografisi Undercut The AFM ucu rezist malzeme tepesinden kazıma yapar. Bir geliştiriciye daldırma ile ara katman işlenir. Üst katman depozisyon için gölge maskesi olarak davranır. Rezist katmanın kaldırılmasından sonra depozit edilen nano yapı kalır. Takiben tema maskesi kaldırılır ve nano yapı elde edilir. AFM Bulldozing Depositing Developing Lift Off

46 AFM Derin Kalem Nanolitografisi Kaleme benzer uç kullanan taramalı prop esaslı litografi tekniğidir. Uç kimyasal (mürekkep yapısı) içine daldırılıp uca atom ve moleküllerin yapışıp bir altlığa transferi hedeflenir. Çözünürlük: 15 nm veya daha iyidir

47 Termal Derin Kalem Nanolitografisi Isıtıcı eleman uca entegre edilir. Nispeten yüksek sıcaklılarda katı olan mürekkep kullanımına imkan verir. Isıtma elemanı ayarı ile depozisyon kolaylıkla on/off by yapılabilir Kirlilik/ yüzeye absorblanma olmaz ise anında yüzey fotoğrafı da alınabilir.

48 Tiyol, antikor, polimerler içeren mürekkeplerden derin kalem litografi örnekleri Thiol Ink on gold (Friction Image) Tagged antibodies Chemical Ink on glass (Confocal Images) Electroluminescent polymers Prof. Dr. Hatem AKBULUT Human Hair (80 mm width) 6 mm Noy et al., Nano Letters (2002)

49 1. Clean Substrate Nanoküre Lithografi Tekniği 2. Drop Nanosphere Solution 3. Dry 6. Image Nanostructures 4. Deposit Metal 5. Remove Nanospheres 5000 nm

50 Atomic Force Microscope Image 125 nm Hole in Mask Nanosphere (Diameter = 400 nm) 5000 nm

51 Litografi ile üretilen Nanoçubuklardan örnekler

52 Litografi ile üretilen Nano örnekler