Corrugated membranes for improved pattern definition with micro/nanostencil lithography

We present a MEMS process for the fabrication of arbitrary (adaptable to specific aperture geometries) stabilization of silicon nitride membranes to be used as miniature shadow masks or (nano) stencils. Stabilization was realized by the fabrication of silicon nitride corrugated support structures integrated into large-area thin-film solid-state membranes. These corrugated support structures are aimed to reduce the membrane deformation due to the deposition-induced stress and thus to improve the dimensional control over the surface patterns created by stencil lithography. We have performed physical vapor deposition (PVD) of chromium on unstabilized (standard) stencil membranes and on stabilized (corrugated) stencil membranes to test the proposed stabilization geometry. Both the membrane deformation and the surface structures were analyzed, showing reduced deformation and improved pattern definition for the stabilized stencil membranes. The structures have been modeled using a commercial finite element method (FEM) software tool. The simulation and experimental results confirm that introducing stabilization structures in the membrane can significantly (up to 94%) reduce out-of-plane deformations of the membrane. The results of this study can be applied as a guideline for the design and fabrication of mechanically stable, complex stencil membranes for direct deposition

Пристрої узгодження відеоімпульсних та імітансних схем

Cформульовано вимоги до пристроїв узгодження відео-імпульсних та імітансних схем (відеоімпульсні-імітансні перетворювачі (ВІП), обґрунтовано та проведено аналіз схемотехнічних реалізацій ВІП, здійснено експериментальну оцінку значень параметрів ВІП. Запропоновано три напрямки схемотехнічної реалізації ВІП: на базі пасивних компонентів, на базі активних компонентів з фіксованою робочою точкою та на базі активних компонентів зі зміною робочої точки. Показано, що запропоновані ВІП забезпечують перетворення рівнів сигналів відеоімпульсної логіки до рівнів імітансної логіки із затримкою 0,2…15 нс при роботі в частотному діапазоні 1…20 ГГц.Сформулированы требования к устройствам согласования видео-импульсных и имитансних схем (видеоимпульсные-иммитансные преобразователи (ВИП), обоснован и проведен анализ схемотехнических реализаций ВИП, осуществлена экспериментальная оценка значений параметров ВИП. Предложены три направления схемотехнической реализации ВИП: на базе пассивных компонентов, на базе активных компонентов с фиксированной рабочей точкой и на базе активных компонентов с изменением рабочей точки. Показано, что предложенные ВИП обеспечивают преобразование уровней сигналов видеоимпульсной логики к уровням имитансной логики с задержкой 0,2 ... 15 нс при работе в частотном диапазоне 1 ... 20 ГГц.This article deals with requirements to harmonization video pulse and immittance circuits devices (video pulse-immitance converters (VIC), analyz of circuit implementations of VIC, experimental evaluation of VIC parameters. Three types of VIC circuit implementation was presented: based on passive components, based on active components with fixed operating point and based on active components with the change of the operating point. It was shown that the proposed VIC provided converting of video pulse logic signal levels to immitance logic signal level with delay 0,2 ... 15 ns with operating in the frequency range 1 ... 20 GHz

Predicting mask distortion, clogging and pattern transfer for stencil lithography

One of the ultimate tasks for stencil lithography is the ability to fabricate arrays of structures with controlled dimensions on the nanometer scale precisely positioned on a suitable surface. The race to shrink feature sizes requires the limits of conventional lithography to be extended to high-throughput, low cost, reliable and well-controlled processes of which stencilling is a promising candidate for nanoscale applications. Identifying, predicting and overcoming issues accompanying nanostencil lithography is critical to the successful and timely development of this technique for a wide range of potential applications. This paper addresses phenomena associated with stencil nanopatterning and presents the results of modelling and simulation studies for predicting the deleterious effects of mask distortion and clogging during pattern transfer. It is shown that degrading effects of stress-induced deformation of stencils can be dealt with via optimal design of corrugation structures which in turn reduce stencil deformation and significantly improves pattern definition. Modelling results are validated by comparison to experiment. The corrugation structures can be used to define practical design rules for fabrication of stable large area (‘‘full scale’’) purpose-designed stencil membranes. The accurate modelling of the clogging phenomenon combined with gradually evolving stencil deformation, also presented in the paper, can be used for prediction of pattern distortion, to calculate maximum thickness of a deposited layer and/or for prediction of the stencil lifetime

Критериальная оценка эффективности токовых конвейеров

В даній статті запропоновано інтегральний критерій оцінки ефективності струмових конвеєрів. Проведено комп’ютерне моделювання струмових конвеєрів на одному, двох і вісімнадцяти транзисторах та порівняння їх ефективності. Показано, що найбільш ефективним для побудови перетворювачів імітанса та інформаційних пристроїв на їх основі є конвеєр струму на одному транзисторі.В данной статье предложен интегральный критерий оценки эффективности токовых конвейеров. Проведено компьютерное моделирование токовых конвейеров на одном, двух и на восемнадцати транзисторах и сравнение их эффективности. Показано, что наиболее эффективным для построения преобразователей иммитанса и информационных устройств на их основе является конвейер тока на одном транзисторе.This paper proposes an integral criterion for assessing the effectiveness of current conveyors. Computer simulation of current conveyors, built on one, two and eighteen transistors and compared their efficiency. It is shown that the most effective for building immittance converters and information devices based on them is the current conveyor on one transistor

The research of the immitance circle parameters for two-parameter immitance convertor on the basis of field-effect transistor

Метою  дослідження  є  визначення  основних  параметрів  імітансних  кіл  багатопараметричних узагальнених перетворювачів імітансу на основі польового транзистора. Досліджено  залежності  критичних  точок  імітансного кола  конвертора імітансу в діапазоні перетворених імітансів омічного, ємнісного та індуктивного характеру. Показано, що багатопараметричні конвертори імітансу на основі польової транзисторної структури є перспективними елементами для реалізації на їх основі адаптивних генераторних давачів.The purpose of the study is to determine the basic parameters of multiparameter generalized immitance convertors immitance circles on the basis of FET. The research of the main immitance circle parameters for the immitance convertor was conducted in the range of converted resistive, capacitive and inductive immitances.   The research results proved that multiparameter immitance convertors on the basis of FET are perspective elements for adaptive oscillator sensors implementation.Целью исследования является определение основных параметров иммитансних кругов многопараметрических обобщенных преобразователей иммитанса на основе полевого транзистора. Исследованы зависимости критических точек иммитансного круга конвертора иммитанса в диапазоне преобразованных иммитансов омического, емкостного и индуктивного характера. Показано, что многопараметрические конверторы иммитанса на основе полевой транзисторной структуры являются перспективными элементами для реализации на их основе адаптивных генераторных датчиков

Lithography-free Fabrication of High Quality Substrate-supported and Freestanding Graphene devices

We present a lithography-free technique for fabrication of clean, high quality graphene devices. This technique is based on evaporation through hard Si shadow masks, and eliminates contaminants introduced by lithographical processes. We demonstrate that devices fabricated by this technique have significantly higher mobility values than those by standard electron beam lithography. To obtain ultra-high mobility devices, we extend this technique to fabricate suspended graphene samples with mobility as high as 120,000 cm^2/Vs

Simulation Study on Mechanical Stabilization of MEMS Stencils for Nanolithography

Nanostencilling (localized material deposition through ultra-miniature shadow-masks) is a promising patterning technique. Currently, the quality of pattern resolution suffers significantly due to mechanical instability of the stencil caused by the deposition-induced stresses. This paper presents results of FEM simulation study on mechanical stabilization of MEMS stencils. Simulation results are compared to measured data (where available) and good correlation is observed. Studied various geometries of stabilization were found to significantly reduce (up to 96%) out-of-plane deformation of the membrane. These effects can be employed constructively in future work to stabilize real stencils (complex apertured membranes) thus improve the dimensional control of the deposited patterns/structures