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直接利用X射线和电子束光刻

编译者:魏韧发布时间:2021-3-19点击量:222 来源栏目:前沿研究

得益于化学上的多功能性和高孔隙率,金属有机框架(MOF)在微电子学和光电子学领域具有产生颠覆性突破的潜力。例如,因多孔性产生的低介电常数(low-k)使MOF成为未来微芯片中高性能绝缘体的候选材料。MOF和微电子领域一直致力于将MOF集成到微芯片中,这需要两个关键的工程步骤:薄膜沉积和光刻图案化。传统的光刻技术使用牺牲层,即光致抗蚀剂或光刻胶,将图案转移到所需的材料中。光刻胶使工艺复杂化,并可能污染高孔隙率MOF膜。

比利时鲁汶大学的研究人员利用ELETTRA同步辐射实验室的深X射线光刻(DXRL)光束线证明,MOF可以在不使用抗蚀剂层的情况下,通过X射线直接光刻形成图案。

该方法基于对MOF膜的选择性X射线曝光引起化学变化,使其能够被普通溶剂去除。该工艺完全避免使用抗蚀剂层,显著简化图案化工艺,同时可保持图案化的MOF物理化学性质不变。在ELETTRA同步辐射实验室的小角度X射线散射光束线上进行的掠入射小角X射线散射表明,整个X射线光刻过程中,未受照射的MOF薄膜晶体结构保持不变。扫描电子显微镜图像确认掩模的特征在MOF薄层中高保真复制。研究人员将同样的方法推广到电子束光刻(EBL)中进一步提高分辨率,因为电子束引起的效应与X射线产生的光电子相似。所得到的高质量图案分辨率优于50nm,是迄今为止所报道的MOF的最小特征尺寸。

在固态器件中使用MOF,要求图案化不应改变它们的理化性质,特别是孔隙率。对MOF涂覆的石英晶体微平衡衬底的气体吸附研究说明MOF图案完全保留其孔隙率。MOF的孔隙吸附能力可集中分析物质,用于化学传感。该团队还展示了具有周期性结构的微图案MOF薄膜用作蒸汽检测的响应式衍射光栅的潜力。

XRL、EBL与微加工和纳米加工的兼容性,为MOF用于高性能电介质、选择性和灵敏度更高的传感器涂层、显示技术的发光像素等的潜力提供新的视角。未来,极紫外光刻可以加速这种结合,预计会出现与本研究报道相似的溶解度转换机制。

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