基于电子束诱导的纳米结构成形机理与调控方法研究

Nano interconnection technology is rapid demanded to semiconductor industry under 10 nm scale. Based on the model of electron beam melting (EBM) power density and thermal field, with molecular dynamics simulation of metal nano particle melting, nano particle melting mechanism is investigated on micro-nano scale. By research on coupling mechanism of melted metal nano particle surface tension force, electro-static force and adhesion force with the substrate，model the metal melting nano particle polarization and transfer. Develop the pattern writing technology of metal nano structure technology via scanning electron microscope and construct the experimental system with online mechanical and electrical measurement to carry out the experiment of mapping relation of electron beam spot size, acceleration voltage, spot speed, trajectory planning to morphology and properties of metal nano structure. Build a function of this mapping relation for application of nano electrodes patterning interconnection.

伴随着机器人技术及消费电子技术的快速发展，对半导体芯片与微纳传感器的小型化需求与日趋增。本项目针对半导体产业电子器件10 nm线宽以下的互连技术需求，基于金属纳米粒子在电子束诱导下的功率密度与温度场模型，结合分子动力学方法进行外加温度场作用下的熔融过程仿真，探索多种不同金属纳米粒子的熔融机理；研究熔融金属粒子的表面张力、极化后静电力及其与基底间黏着力的耦合作用机理，建立电子束熔融金属粒子极化迁移模型。基于扫描电子显微镜开发金属纳米结构图案化直写技术，构建基于电子束虚拟化操作器的纳米结构直写平台，建立自动化金属纳米结构机电特性测量系统，开展电子束诱导直写金属纳米结构过程中聚焦电子束束斑尺度、加速电压、移动速度、轨迹规划与金属纳米结构形貌及性能映射关系的实验研究，建立多金属纳米结构直写控型孔性的关联函数，基于上述函数复杂纳电极进行图案化互联实验。

本项目研究目标以尺度效应下金属纳米粒子熔融过程中表面张力、静电力为主要研究对象，针对目前纳米结构控型控性图案化书写的难点，提出电子束诱导熔化金属纳米粒子静电力极化迁移方法，研究电子束与熔化金属纳米粒子之间相互作用机理、突破机器人化金属纳米结构控型控性直写关键技术；于扫描电子显微镜中构建电子束图案化书写系统，结合电子束为虚拟操作器、聚焦点为末段执行器构建的机器人化运动学模型，实现图案化的多种金属纳米结构可控机电性能的直写与微纳电极图案化互连。