بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
عنوان: لیتوگرافی میکروسکوپ پروبی روبشی
اسلاید 3 :
مقدمه
میکروسکوپهای پروب روبشی مانند STM و AFM، به عنوان روشهایی قدرتمند برای تجسم سطوح مواد با بالاترین وضوح تصویر فضایی شناخته شدهاند.
در مورد آنالیز ساختاری، AFM دارای وضوح 0/1 انگسترومی در حالت افقی و 0/05 انگسترومی در حالت عمودی میباشد.
میزان وضوح تصویرSTM چند برابر بیشتر از AFM است.
این وضوح تصویرها مربوط به سیستمهای کریستالی
است، که در مورد سطوح نرم و چسبنده دستیابی به
وضوح تصویر بالا امکانپذیر نمیباشد.
اسلاید 4 :
مقدمه
با استفاده از سوزنهای تیز و شارپ و همچنین ایجاد برهمکنشهای قوی و موضعی بین سوزن-سطح، میتوان از SPM به عنوان روشی برای دستکاری اتمها بر روی سطوح فلزات و تولید نانوالگوها بر روی سطوح فلزات و نیمههادیها استفاده نمود.
با این حال SPL نمیتواند به سرعت روشهایی همچون لیتوگرافی نوری و لیتوگرافی الکترونی الگوها را تولید کند.
اما این روش به علت توانایی در تولید و ایجاد تصویر به طور همزمان و با دقت بسیار بالا، مورد توجه محققان قرار گرفته است.
اسلاید 5 :
مقدمه
دستیابی به وضوح تصویر بالا اساس دستکاری مولکولی و نانولیتوگرافی بر اساس SPM میباشد.
با افزایش برهمکنشهای موضعی همچون نیروی اتمی، دانسیته الکترونهای تونل زنی و یا استحکام میدان الکتریکی، امکان شکستن انتخابی پیوندهای شیمیایی فراهم میشود.
اسلاید 6 :
نانولیتوگرافی بر مبنایSTM
در این روش، سوزن STM یک پروب کوچک از الکترونهای کم ولتاژ را ایجاد میکند که بر ویفر پوشش داده شده با لایه نازک از ماده مقاوم برخورد میکند و در این تکنیک STM بیشتر در حالت نشر میدانی کار میکند.
سوزنهای STM معمولاً در حد اتمی تیز بوده و از جنس ترکیباتی نظیر سیمهای تنگستنی، Pt-Rh و یا Pt-Ir میباشند.
فاصله سوزن-سطح با استفاده از فیدبک الکترونیکی برای رسیدن به یک سیگنال فیدبک ثابت (مانند جریان تونل زنی یا ارتفاع سوزن) کنترل میشود.
اسلاید 7 :
نانولیتوگرافی بر مبنایSTM
برای دستکاری یا تولید، پیوند مولکول یا مولکولهای انتخاب شده باید شکسته شده و از مابقی مواد سطح جدا شوند.
به صورت عملی تنظیم جدایش سوزن-سطح با استفاده از ولتاژ بایاس یا جریان تونل زنی صورت میگیرد.
جریان تونل زنی به فاصله جدایش وابسته است که یک رابطه نمایی منفی را دنبال میکند.
اصولاً دستکاری تک مولکولی، از نیروهای بین اتمی و بین مولکولی بین سوزن و سطح نمونهها استفاده میکند.
روشهای تولید شامل شکستن یا تشکیل پیوندهای شیمیایی، از جریان تونلی به شدت موضعی شده، حدود 1 نانومتر و کمتر، استفاده میکنند.
اسلاید 8 :
نانولیتوگرافی بر مبنایSTM
چهار مکانیسم ممکن برای دستکاری مولکولها بوسیله STM
اسلاید 9 :
نانولیتوگرافی بر مبنایSTM
لیتوگرافی باریکه الکترونی بر مبنای STM، به مانند دیگر روشهای لیتوگرافی، بر روی ماده مقاوم قرار گرفته بر روی یک زیرلایه انجام میشود.
تا زمانی کهSTM در حالت جریان ثابت کار میکند، جدایش سوزن– نمونه تقریباً متناسب با ولتاژ اعمالی است.
اندازه مؤثر پروب با میزان نزدیکی سوزن و نمونه، و همچنین با ولتاژ سوزن– نمونه تعیین میشود.
در این روش، لیتوگرافی باریکه الکترونی بدون هیچگونه پراکندگی الکترونی با استفاده از پروب الکترونی با ولتاژ کم انجام میشود.
اسلاید 10 :
نانولیتوگرافی بر مبنایSTM
یکی از محدودیتهای این روش، از جریان بین سوزن– نمونه نشأت میگیرد که برای تابش به ماده مقاوم و همچنین برای رسیدن به حالت جریان ثابت بین سوزن– نمونه استفاده میشود.
علاوه براین، لیتوگرافی با ضخامت و هدایت ماده مقاوم و سطح زیرلایه محدود میشود.
برخی از این محدودیتها با استفاده از سوزن میکروسکوپ نیروی اتمی هدایتی برای لیتوگرافی قابل رفع میباشد. در این حالت وضعیت سوزن با نیروی سوزن– نمونه کنترل میشود که مستقل از جریان و ولتاژ سوزن-نمونه میباشد.
اسلاید 11 :
نانولیتوگرافی بر مبنای AFM
در سالهای اخیر تحقیقات فراوانی جهت بررسی حکاکی به صورت نانولیتوگرافی با سوزن جستجوگر تیز با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی انجام گرفته است.
سوزن AFM میتواند برای حمل کاتالیست به نقاط واکنشی فعال سطحی به صورت انتخابی استفاده شود، یا به صورت یک قلم برای اتصال مولکولها بر روی سطوح، در روشDPN(Dip-Pen Nanolithography) و روشهای مشتق شده از آن به کار رود.
همچنین از سوزنهای AFM به عنوان الکترود
برای اکسیداسیون موضعی مستقیم سطوح نیز
استفاده میشود.
اسلاید 12 :
نانولیتوگرافی بر مبنای AFM
در روش DPN کشش سطحی آب که به صورت طبیعی بین سوزن و سطح شکل میگیرد، سبب انتقال کنترل شده مولکولها از سوزن پوشیده شده با مایع به سطح مورد هدف میشود.
اگر مایع منتقل شده برای ایجاد طرح با سطح واکنش دهد، در اثر جذب شیمیایی انجام شده، یک نانوساختار پایدار تولید میشود.
اسلاید 13 :
نانولیتوگرافی بر مبنای AFM
روش AFM مزایایی دارد که میتوان اینگونه بیان نمود:
اول اینکه روشی است که تحت شرایط محیطی قابل انجام است و به تجهیزات پیچیدهای نیاز ندارد.
دوم اینکه لیتوگرافیAFM به عنوان یکی از روشهای ساخت نانوساختارها، قادر به تولید قطعاتی با ابعاد 10 نانومتر و کمتر میباشد.
سوم اینکه AFM میتواند تصاویری با وضوح تصویر بالا و به صورت فضای واقعی با دقت هم ترازی نانومتری برای سطوح خارجی تولید کند.
در طی سالها به صورت تجربی ثابت شده که با استفاده از
آرایهای از سوزنهای جستجوگر موازی میتوان سرعت
و بازده را نیز بهبود بخشید.
اسلاید 14 :
نانولیتوگرافی بر مبنای AFM
سه تکنیک از روشهای ساخت نانوساختارها بر مبنای AFM :
نانوخراش، نانوپیوند (Nanografting) و نانوقلم خواننده و نگارنده (NPRW= NanoPen Reader and Writer).
در این روشها ابتدا ساختار سطح تحت یک نیرو یا بار کم شناسایی میشود. مواضع تولید، معمولاً در مواضع مسطح و صاف، انتخاب میشوند و سپس نانوطرح تحت یک نیروی بالا ایجاد میشود.
نانولیتوگرافی بر پایه AFM در زمینه نانوالکترونیک و نانوبیوتکنولوژی و به صورت موفقیت آمیزی در زمینه تولید نانوطرحهای بیوسیستم مانند پروتئینها و DNA بکار گرفته شده است.
اسلاید 15 :
نانولیتوگرافی بر مبنای AFM
اسلاید 16 :
نانولیتوگرافی بر مبنای AFM
ایجاد خراش و نانوشیار:
از AFM برای خارج کردن مواد در مقیاس نانو با استفاده از ابزارهای مکانیکی و شیمیایی نیز استفاده میشود.
در حالت اول (مکانیکی)، ماده به صورت مستقیم با ایجاد خراش یا شیار توسط سوزن کنده میشود. محدودیتهای اصلی در روش مکانیکی مستقیم، عمق کم شیارهای ایجاد شده میباشد، زیرا نیروهای اعمال شده به سوزن، به علت امکان آسیب سوزن یا کاهش عمر آن، نمیتواند زیاد باشد.
در حالت دوم، ماده با استفاده از اچ الکتروشیمیایی
القایی سوزن خارج میشود.
اسلاید 17 :
نانولیتوگرافی بر مبنای AFM
نانو پیوند :
تکنیک نانوپیوند اولین بار در سال 1997 توسط گروه Liu توسعه داده شد.
در این گزارش، محققان AFM را با شیمی سطح جذب تیول بر روی سطوح طلا، ترکیب کردند، که با یک تصویرسازی تحت نیروی کم از یک تک لایه خودساماندهنده (SAM) آلکن تیول در محیطی مایع حاوی نوع دیگری از تیول شروع میشود.
با افزایش نیروی اعمالی در طی روبش، مولکولهای تیول زمینه توسط سوزن جدا شده و به حلال منتقل میشوند. مولکولهای تیول موجود در محلول نیز سریعاً توسط سطح تازه بیحفاظ طلا جذب میشوند که روبش سوزن AFM را برای ایجاد طرح نانوساختار مطلوب دنبال میکنند.
اسلاید 18 :
نانولیتوگرافی بر مبنای AFM
جنبههای منحصر به فردی، نانوپیوند را تبدیل به یک ابزار جدید و قدرتمند در شیمی فیزیک سطح نموده است.
نانوپیوند میتواند در محیطهای شیمیایی متنوع کار کند که آن را قادر میسازد تا با وضوح تصویر مولکولی و به صورت مستقیم واکنشهای سطح را دنبال کرده و همزمان آن را مانیتور کند. در نتیجه یک روش مستعد برای کشف مکانیسمها، سینیتیک (سرعت) و محصولات واکنش میباشد.
همچنین نانوپیوند امکان تولید نانوساختارهایی با استفاده
از مواد کاربردی در علم مواد را فراهم میکند.
با استفاده از این روش، امکان ایجاد طرحهای نانوساختار سه بعدی و انتقال طرح توسط واکنش سطح بیشتر نیز وجود دارد.
اسلاید 19 :
نانولیتوگرافی بر مبنای AFM
نانوقلم خواننده و نگارنده :
نانوقلمها به عنوان خواننده و نگارنده امکان ایجاد نانوپیوند را در شرایط محیطی یا خنثی فراهم کردند.
در تکنیک نانوقلم خواننده/نگارنده، ابتدا واکنش دهندههای مطلوب بر روی پروب AFM قرار میگیرند (به صورت پوشش).
سپس پروب تحت نیروی کم تصویربرداری کرده و بعد از آن تحت نیروی زیاد، ماده مطلوب را بر روی سطح ماده، جایگزین مولکولهای ماده مقاوم میکند.
اسلاید 20 :
نانولیتوگرافی بر مبنای AFM
وضوح تصویر سه بعدی روش NPRW بالاست. بنابراین تولید و تعیین خصوصیات ساختارهای کوچکتر از 100 نانومتر امکانپذیر است.
نانوساختارها همزمان با تولید، با وضوح تصویر بالایی نیز آنالیز میشوند.
نرمافزارها و دیجیتالی نمودن، به صورت چشمگیری سبب بهبود اتوماته شدن نانولیتوگرافی برای تولید محصولاتی با بازده بالا و آرایهها و نانوساختارهای پیچیده شده است.
ترکیبات متفاوتی نیز با تغییر محلول یا پوشش سوزن قابل تولید هستند.
نهایتاً امکان تغییر یا اصلاح طرح به صورت همزمان بدون نیاز به تغییر ماسک یا تکرار فرآیند تولید، امکانپذیر است.
