硅基孔筛阵列多尺度操控与级联对准纳米制造系统基础研究

纳米制造是一项核心技术，新型纳米制作技术的出现是未来集成电路制作、量子器件和其他纳米器件制作的必然要求。本项目提出一种基于硅纳米孔筛的新型多尺度操控与对准纳米制造系统基础研究。 其主要思想是用纳米孔筛的限制作用，进行横向尺度为纳米级的原子材料的沉积或者刻蚀。纳米孔筛以单晶硅为材料，通过精确控制的湿法腐蚀获得。为了解决多尺度纳米操控下的对准问题，提出了将传统的光学微米级对准和纳米场发射电子束纳米级对准相结合的双级联对准方法。本项目的主要研究内容包括：纳米孔筛阵列的实现方法；基于纳米孔的微型场发射对准器件的工作原理和实现；光学和电子束双级联对准的控制与位置识别问题；小尺度限制下中性亚稳态原子/荷电原子与衬底功能材料的相互作用机理；多尺度操控与对准纳米制造系统建模与仿真；构建开展纳米孔筛多尺度操控与级联对准系统的试验平台。

项目原创性地提出了“硅基孔筛阵列多尺度操控与级联对准纳米制造系统基础研究“， 其核心是利用纳米孔阵列对工作原子进行限定，从而利用获得的纳米孔结构。根据纳米专项专家意见， 本项目的总体任务为实现50纳米以下的硅纳米孔阵列。 项目主要研究内容如下，纳米孔制作的理论及实验基础研究；纳米控阵列的可控性制作研究；纳米控的修饰和缩孔技术研究；纳米孔的图形转移及应用研究。项目经过大量的理论和实验研究实现了最小特征尺寸为8纳米的纳米孔，圆满完成课题任务。主要包括：.1..提出一套实现纳米孔的工艺策略,根据该策略推到出获得纳米孔的基本公式, 进行了低温硅各向异性腐蚀试验, 获得重要数据, 在上述工作基础上实现小于了100纳米的方形通孔.2..进行了可控性制作研究，自行制作了一个特殊的装置进行硅纳米孔的腐蚀控制，获得了小于30纳米的硅孔阵列， 这是直到目前采用传统IC工艺和MEMS工艺所获得的最小纳米孔。.3..进行了纳米孔缩孔的理论和实验研究，推到出缩孔的孔径方程并进行实验验证， 通过干氧氧化的方法，进行了纳米孔缩孔研究，获得了最小特征尺度仅为8纳米的固态矩形孔；.4..利用所获得的纳米孔进行了图形转移研究， 获得了纳米级结构。 图形转移研究结果表明，所提出的基于纳米孔的纳米制造系统十分可行。..项目成果如下：.1. 在国际刊物上已发表标注学术文章16篇，其中SCI收录7篇，EI收录2篇；.2. 申请和获得专利6项；.3. 连续两年在本领域重要国际会议上获得最佳论文奖(CSTIC2012, ICSTIC2013)；.4. 三次在国际会议上做分会邀请报告。..项目进行期间，进行了大量的国际合作活动，主要包括：.1..参加国际会议10人次；.2..邀请国外专家赴清华大学微电子所交流讲座2次；.3..和法国巴黎六大，荷兰Delft大学建立长期合作关系，正在申请双边项目。 .4..与美国约翰霍普金斯大学联合培养博士生1名：邓涛；.5..接收国际学生短期科研实践1名：印度学生Prashant Jain 。..通过项目的实施，培养出多名年轻人才和研究生，包括：.1..博士后3名：司卫华、李孟委、赵晨旭；.2..博士研究生2名：邓涛, 王一凡。邓涛获 清华学术新人，国家奖学金.3..硕士研究生3名：尹明、秦健、陈剑；