Litografi Prosesleri

Mikro-Üretim Örneği 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.

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

Mikroişlemcilerde ilerleme ~ 10, 000 Tranzistör ~ 2 cm

Mikroişlemcilerde ilerleme 1993 1995 1998 2003 2005 AMD AMD dual core OpteronTM İşlemci Opteron ™ İşlemci r AMD Athlon ™ İşlemci AMD K6 ® - III İşlemci AMD Am486 ® İşlemci 90 nm 233 milyon tranzistör 199 mm2 0.35 mm 0.25 mm 180 nm 130 nm 1.2 milyon 9 milyon 37 milyon 100 milyon tranzistör tranzistör tranzistör tranzistör 35 mm2 78 mm2 120 mm2 193 mm2

Litografi ile Devre Yapımı Işık Maske Lensler Rezist Si wafer

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

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)

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 Litografi sonu Litografi Proses Akışı

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

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

Fotolitografi Örnek (I)

Fotolitografi Örnek (II)

Fotolitografi ile üretilen bazı örnekler

Elektron Demet Litografisi

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 Cladding deposition

Litografi ve gölge buharlaştırma ZEP 520 PMGI SF7 SiOx Si

Elektron demeti ile ışık saçma Litografi ve gölge buharlaştırma Elektron demeti ile ışık saçma

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

Litografi ve gölge buharlaştırma Al biriktirme

İlk katmanın oksitlenmesi Litografi ve gölge buharlaştırma İlk katmanın oksitlenmesi

Ters açıdan Al biriktirme Litografi ve gölge buharlaştırma Ters açıdan Al biriktirme

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

Elde edilen ürün Devre ve Josephson Tünel Bağlantıları

X-Işını Litografisi

Ayırma (Lift-off) Prosesi

Absorblayıcı

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.

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

İyon Demeti Üretim Örnekleri 6 Adet mikroskobik dişli bir mikro motoru 25.000 Rpm hızda döndürebilmektedir.

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).

Kimyasal/Fizikel Dağlama Kimyasal destekli iyon demeti dağlama 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

Dağlama İşlemi

Silisyum oksitin dağlanması Silisyumun dağlanması Islak Dağlama Silisyum oksitin dağlanması SiO2 + 6HF → SiF6 + 2H2O + H2↑ Silisyumun dağlanması Si + HNO3 + 6HF → H2SiF6 + HNO2 + H2O +H2↑

Plazma Dağlama

Sputter Dağlama

İyon Dağlama

Reaktif İyon Dağlama

1.5 mm Bağlanma papuçları

Bağlantı şeritleri

Ferromagnetik - Normal metal tünel bağlantıları Co To be able to measure we have to make contact, we can’t go in with our hands 100 nm Al Ferro magnet (Co) dan normal metal (Al) a dönme enjeksiyonunu ölçen devre

Bir çipteki şehir

Basitleştirilmiş karşılaştırmalı dağlama mekanizmaları: (a) iyon dağlama, (b) plazma dağlama ve (c) reaktif iyon dağlama

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 Developing Depositing Lift Off

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

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.

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

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

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

Litografi ile üretilen Nanoçubuklardan örnekler

Litografi ile üretilen Nano örnekler