Fókuszált ionsugaras és elektronsugaras nano-megmunkálás fizikai-kémiai alapjainak vizsgálata különös tekintettel a potenciális nanoelektronikai alkalmazásokra = Investigation of physical and chemical basics of focused electron and ion beam nano-machining with special emphasis on possible applications in nanoelectronics

Abstract

Jelen OTKA pályázat tette lehetővé, hogy unikális LEO 1540XB keresztsugaras rendszerünk installációs és betanulási periódusa után kutatva „vegyük birtokba” a pásztázó nanosugaras vizsgálati és megmunkálási technikákat (litográfia / kisenergiás SEM és mikroanalízis / mikroszkópia és nanoméretekben folytatott marás és mintázatok kialakítása FIB segítségével / valamint ion vagy elektronsugaras anyagleválasztás nanoméretekben gázok injektálásával (GIS). Elsőnek a napelemtechnológiában használt Mo és ZnO FIB porlasztási sajátosságait és effektiv hozamát vizsgáltuk. A Mo erős anizotrópiájával szemben a ZnO homogén porlódást mutatott. Következő lépésként a FIB segítségével pórusos Si multirétegben fotonikus kristály szerkezeteket alakítottunk ki, majd W nanovezeték leválasztását tanulmányoztuk FIB- és SEM technikával. Az ionokkal leválasztott W réteg egyenletes leválási sebességet mutatott, míg az elektronsugár energiája és beesési szöge erősen hatott az így leválasztott réteg morfológiájára, bizonyítva a szekunder elektron emisszió hatását. In-situ és ex-situ ellenállásméréseket folytattunk, szobahőmérsékleten és hőkezelés közben. Az ionokkal leválasztott réteg ohmos jellegű volt, és hőkezelés után irreverzibilis ellenállás változást mutatott, ami W kristályosodásra utal. Az elektronsugárral leválasztott rétegen nemlineáris I-V karakterisztikát mértünk. A fenti kutatások tapasztalatai számos további kutatást segítettek, melyekről a „hasznosítás” pontban lesz szó. | The focused beam methods of shaping (lithography, milling, deposition), observation, and characterization of nanoscale objects had to be established in the MTA-MFA. After the installation and the basic training period of the new FEG-SEM/FIB cross beam instrument - being unique in Hungary – a combination of systematic training and research had to be carried out. As an example, basic FIB cutting and shaping properties and parameters of materials used in solar cell research (Mo and ZnO) were investigated. In the case of Mo layers strong sputtering anisotropy could be observed, while the ZnO showed uniform sputtering. As a next step FIB feature milling of photonic crystal structures followed. Optimization of FIB and SEM deposition of W nanowires had been carried out. The FIB deposited nanowires showed constant sputtering rate, while thickness of W layers deposited with e-beam of different energy and angle of incidence showed strong influence of secondary electrons. In-situ and ex-situ electrical resistivity measurement of the nanowires had been carried out at RT and elevated temperatures. The FIB deposited layers showed ohmic character,and a irreversible change of resistivity after heat treatment,- due to crystallization of W. The SEM deposited layers showed quasi-linear and nonlinear I-V characteristics. The methodology based on the results of the research contributed to several other research, mentioned in the section „usability”