Công nghệ chế tạo linh kiện điện tử nanô

Tran Tien Phuc 1CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO LINH KIỆN ĐIỆN TỬ NANÔ Trần Tiến Phức 20/12/13 HAI CÁCH TIẾP CẬN CƠ BẢN ĐỂ CHẾ TẠO LINH KIỆN ĐIỆN TỬ NANÔ • Tiếp cận từ trên xuống top – down • Tiếp tụ

Trang 1

TS Tran Tien Phuc 1

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO

LINH KIỆN ĐIỆN TỬ NANÔ

Trần Tiến Phức

20/12/13

HAI CÁCH TIẾP CẬN CƠ BẢN ĐỂ

CHẾ TẠO LINH KIỆN ĐIỆN TỬ NANÔ

• Tiếp cận từ trên xuống

(top – down)

• Tiếp tục cải tiến công

nghệ vi điện tử nhằm

giảm kích thước linh

kiện, giảm tiêu thụ

năng lượng điện, tăng

mật độ và tăng khả

năng tiêu tán nhịệt, mở

rộng phạm vi hoạt động

(nhiệt độ, áp suất…)

• Tiếp cận từ dưới lên (boottom – up)

• Chế tạo linh kiện từ việc lắp gép, kết hợp các nguyên tử, phân tử riêng biệt dựa vào các nguyên lý mới, tạo nên hiệu ứng mới Thiết bị và phương pháp công nghệ linh kiện điện tử nanô theo hướng này có

Trang 2

TS Tran Tien Phuc 3

Ba phương pháp công nghệ quan trọng

để chế tạo linh kiện điện tử nanô

1 Lắng đọng màng mỏng

2 Lythography

3 Kỹ thuật thêm, bớt vật liệu

20/12/13

Lắng đọng màng mỏng

Phương pháp

Bốc hơi Epitaxy chùm phân tử (MBE)

Thổi Lắng đọng

xung laser (PLD)

CVD CVD hữu cơ kim loại

Cơ chế tác

động Nhiệt năng Xung lượng Nhiệt năng Phản ứng

Tốc độ lắng

đọng 75.10 Cao, tới 4 A o /phút Thấp (trừ kim loại tinh khiết) Vừa phải Từ vừa phải đến 2500A o /phút

Phần tử lắng

đọng Nguyên tử và ion Nguyên tử và ion Nguyên tử, ion và các nhóm Phân tử tiền chất phân ly

thành nguyên tử Năng lượng Thấp, 0,1 tới

0,5 eV Có thể cao 1 - 100 eV Thấp tới cao Thấp hay cao với bổ sung

plasma Kích thước

wafer Lớn tuỳ ý Lớn tuỳ ý Hạn chế Lớn tuỳ ý

Trang 3

TS Tran Tien Phuc 5

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LẮNG ĐỌNG MÀNG

• Quãng đường tự do trung bình của nguyên tử

hay phân tử khí

2

1

Nd



 

• d - đường kính phân tử, N - nồng độ chất khí Với

chất khí lý tưởng: N=p/k B T và k B-hằng số Boltzmann

2

2 pd

T

kB



20/12/13

Số nguyên tử dư chuyển động bám vào màng đang

hình thành làm giảm độ tinh khiết được tính bằng

T m k

p N

i B

i

1



Trong đó, m i là khối lượng nguyên tử hoặc phân tử.

Muốn có một màng sạch cần độ chân không cực

cao (Ultra High Vacuum - UHV, hơn 109mbar).

Trang 4

TS Tran Tien Phuc 7

Bay hơi nhiệt và cấy ghép chùm phân tử

• Cấy ghép chùm phân

tử (Molecular Beam

Epitaxy - MBE) phát

triển từ các kỹ thuật

bay hơi nhiệt, kết hợp

độ chân không cao

(UHV) để tránh nhiễu

loạn do khí dư và các

nguyên nhân khác

• Có thể kết hợp nhiều

nguồn để tạo lớp hay

điều chỉnh mật độ pha

trộn

20/12/13

Lắng đọng xung laser

• Lắng đọng xung laser (Pulsed Laser Deposition –

PLD) là phương pháp chuẩn bị màng mỏng được

phát triển tốt, đặc biệt thích hợp cho lắng đọng oxit

và vật liệu nhiều thành phần khác nhau

Trang 5

TS Tran Tien Phuc 9

Lắng đọng phún xạ Trong buồng chân không vậtliệu bia bị ăn mòn tại mặt

catôt (thế âm) và chất nền cho màng là mặt anôt (thế dương) Thế vài trăm vôn giữa

các tấm gây nên mồi phóng

điện plasma trong áp suất

khoảng10-1 – 10-3 mbar và những ion có điện tích dương được gia tốc tới bia Những hạt được gia tốc này bật ra các nguyên tử trung hoà là chất lắng đọng tới nền

Phún xạ được phát triển thêm

nhiều hình thức mới: phún xạ

RF áp dụng cho các màng không dẫn điện; phún xạ điều khiển bằng từ trường, phún xạ trong môi trường áp suất cao…

20/12/13

Lắng đọng bay hơi hoá học

Trang 6

TS Tran Tien Phuc 11

Màng Langmuir-Blodgett

20/12/13

Lithographi

Dữ liệu về vi cấu trúc (CAD) Bộ viết chùm tia điện tử/ bộ viết chùm tia laser

Mặt nạ cho lithography tiếp xúc, gần hoặc chiếu

ĂÊn mòn hoá ướt / khô

Vi cấu trúc trên chất nền Nền được phủ chất cản / hiện

DUV

lithography lithographyEUV lithographyTia X lithographyEBP lithographyIBP

Trang 7

Lithographi trên quan điểm loại bức

xạ được sử dụng

• DUV (Deep Ultra Violet) có bước sóng 175-250nm

• EUV (External Ultra Violet) có bước sóng 11-14nm

• Tia X (X ray) có bước sóng trong dải 1-10nm

• EBP (Electron Beam Projection) chùm tia điện tử

• IBP (Ion Beam Projection)

20/12/13

Lithographi - khuôn (mask) được xác

định lên mẫu - wafer

Nguyên tắc chung của hệ thống

Một nguồn bức xạ chiếu lên mẫu qua khuôn

(mask) xen giữa Quá trình chiếu xạ sẽ xử lý

một cách chọn lọc những vùng trên wafer để

hình thành một lớp cấu trúc theo thiết kế.

Sử dụng ánh sáng-> pho to Lithographi

Sử dụng điện tử -> Lithographi điện tử

Sử dụng ion -> Lithographi ion

Trang 8

Lithographi trên quan điểm vị trí

khuôn (mask) so với mẫu (wafer)

• Khuôn tiếp xúc với mẫu thì khả năng phân

giải ( M inimum F eature S ize- MFS ) là:

d.λ

g)λ (d

• Khuôn ở gần mẫu với khỏang cách d độ phân

giải giảm.

• Khuôn được chiếu lên mẫu thông qua ảnh

nên độ phân giải tốt hơn tùy theo độ mở của

hệ thống quang học.

NA

λ 0,61

20/12/13

Ưu nhược điểm của kỹ thuật top

down

Ưu điểm

Công nghiệp điện tử

đã có nhiều kinh

nghiệm và thiết bị

chip.Có thể tiếp tục

cải tiến để chế tạo

các cấu trúc trong

vùng nm (tia X, tia

điện tử, tia ion)

Khuyết điểm

Những thay đổi cần có là rất khó và tốn kém, có thể làm giảm tốc độ chế tạo và tuổi thọ của thiết

bị sản xuất do tính chất hủy thể.

Trang 9

Kỹ thuật bottom-up Viết trực tiếp để các phân tử tự sắp xếp

20/12/13

Kỹ thuật bottom-up dựa vào dòng

đường hầm

• Dùng kính hiển vi lực nguyên tử để lấy đi hay đặt vào các nguyên tử tại vị trí theo thiết kế

Trang 10

Đặt từng từng nguyên tử hay

phân tử vào mẫu

Trang 11

Lấy từng nguyên tử, phân tử ra

khỏi mẫu

20/12/13

Khắc ăn mòn vật lý theo hướng

nằm ngang

Trang 12

Ưu nhược điểm của kỹ thuật

bottom-up

Ưu điểm

Sắp xếp các nguyên

tử và phân tử thành

các cấu trúc nanô

nhỏ nhất với kích

thước khoảng hàng

nanômét thông qua

các phản ứng hóa

học chọn lọc và kỹ

thuật đầu dò quét.

Khuyết điểm

Khó chế tạo được các cấu trúc khác nhau liên kết theo thiết kế với mục đích

Không thích hợp cho việc chế tạo hàng loạt linh kiện điện tử trên vi chip.

20/12/13

Định dạng
Số trang	12
Dung lượng	342,79 KB