亚十纳米探针刻蚀技术及器件工艺探索

As the feature size of integrated circuits entering into the nanometer scale, especially for device fabrication in sub-10 or even single nanometers scale, device fabrication technology of traditional semiconductor is faced with a lot of scientific and technical challenges, which has greatly hindered the process of device miniaturization. This project intends to build a low-energy field emission current controlled lithography technique based on a scanning probe microscopy of high spatial resolution. The study of field emission electron and molecular glass resist mechanisms will give us a guide of selecting appropriate resist and adjusting control parameters. In the project, we will firstly achieve the technique of sub-ten nanometer patterning on resist; then this patterning technique will be applied into the device fabrication of traditional semiconductor material silicon, and meanwhile it will be explored in device fabrication of the new materials including graphene and MoS2.

随着集成电路特征尺寸进入纳米尺度，特别是在亚十纳米甚至是单纳米尺度器件的制备方面，传统的半导体器件制备工艺面临着诸多科学和技术的挑战，极大地阻碍了器件小型化的进程。本项目拟在具备高实空间分辨率的扫描探针平台基础上，构建低能场发射电流刻蚀技术，深入研究其场致发射电子与小分子抗蚀剂刻蚀机理，并指导抗蚀剂的选择、刻蚀参数的系统调节，首先在小分子抗蚀剂上实现亚十纳米图案的刻蚀技术，其次一方面将该技术应用于传统半导体硅基亚十纳米器件制备，另一方面探索该刻蚀技术在新型材料体系（如石墨烯，二硫化钼等）器件制备中的应用。

本课题的研究目标是发展及优化扫描探针刻蚀技术，并致力于将该技术应用于硅基亚十纳米器件与新型材料体系器件的制备。具体的研究进展包括：1.从多方面优化了低能场发射电流的探针刻蚀技术，实现了光刻胶薄膜的可控纳米级别结构加工，并结合多种物性表征手段深入研究了场致电子-光刻胶作用机制。2.提出了一种图形转移工艺，能够将超薄光刻胶的刻蚀图案转移至硅基底，最小线宽优于十纳米，并深入探讨了其背后的转移机制。3.发展了一种电场氧化的探针刻蚀技术，实现了对单层二维材料的直接刻蚀，并在此基础上，制备了二硫化钼纳米条带器件，观测并系统研究了纳米条带器件的尺寸调控对拉曼和光致荧光等光学性质的影响。4.初步搭建了一套多探针原子力显微镜系统，实现了微纳加工及电/热/力多物理量的同步表征，这将为探针刻蚀机理研究，新型器件制备乃至器件的后续表征提供更有利的工具。