У цій публікації блогу ми розглянемо концепцію процесів нановиробництва — основу нанотехнологій, — а також типові методи процесу та характеристики кожної технології.
Розглянемо куб. Зі зменшенням довжини одного ребра співвідношення поверхні до об'єму зростає експоненціально, і в мікроскопічному світі виникають різні явища, які не спостерігаються в макроскопічному світі. Для вивчення цих характеристик необхідні високоточні методи спостереження. У минулому через обмеження оптичних мікроскопів можна було аналізувати лише структури мікрометрового масштабу. Однак завдяки розвитку науки і техніки, включаючи електронні мікроскопи, стало можливим спостерігати структури розміром до нанометрів, що призвело до активних досліджень у цій галузі. Наразі дослідження ведуться в різних галузях, таких як електроніка та інформаційно-комунікаційні технології, біотехнології, навколишнє середовище та енергетика, оборона та аерокосмічна галузь, щоб використати характеристики мікроскопічного світу.
Нанофабрикація (Nanofab) загалом стосується всіх процесів, пов'язаних з масовим виробництвом структур розміром від 1 нм до 100 нм. Виготовлення таких нанорозмірних структур вимагає підходу, що відрізняється від традиційних методів, що використовуються для обробки структур, таких як труби, довжиною мікрометрів або більше. З цієї причини технологія нанофабрикації зарекомендувала себе як основна фундаментальна технологія нанотехнологій, охоплюючи діапазон приблизно 1–100 нм. Кінцевою метою технології нанофабрикації є легке та економічне масове виробництво бажаних наноструктур.
Процеси нанофабрикації, розроблені на сьогоднішній день, загалом класифікуються на методи «зверху вниз» та «знизу вгору». Метод «зверху вниз» передбачає поступове рафінування об'ємних матеріалів для створення бажаних наноструктур; він являє собою точнішу еволюцію існуючих технологій мікрофабрикації. Типовими прикладами є фотолітографія та м'яка літографія. На противагу цьому, методи «знизу вгору» – це технології, які формують структури на атомному або молекулярному рівні на основі хімічних процесів. Осадження з парової фази та самоскладання є типовими процесами «знизу вгору».
Фотолітографія – це типовий нанотехнологічний процес, у якому використовується фоточутливий полімер (фоторезист, PR), що реагує на певні довжини хвиль, такі як ультрафіолетове світло, для перенесення малюнка маски на кремнієву підкладку. Термін «літографія» походить від високого друку та стосується методу формування бажаних структур за допомогою маски. Тут маска стосується трафарету, який використовується для формування бажаного малюнка на підкладці. У цьому процесі роздільна здатність – найменший розмір, який можна реалізувати на підкладці – є критичним фактором. Оптична літографія стикається з фундаментальними обмеженнями роздільної здатності через дифракцію світла. Хоча більшість напівпровідників, що зараз виробляються, виготовляються з використанням цього методу фотолітографії, обмеження традиційного підходу стають дедалі очевиднішими, оскільки щільність інтеграції напівпровідників продовжує зростати; отже, активно досліджуються різні процеси для його заміни або доповнення.
М'яка літографія – це процес «зверху вниз», який, поряд із фотолітографією, привертає значну увагу. Її назва походить від того факту, що форма, яка використовується для формування візерунків, виготовлена з PDMS (полідиметилсилоксану), еластичного матеріалу, а не з традиційних жорстких матеріалів. PDMS, що використовується як форма, має низьку поверхневу енергію та є хімічно стабільним, тому він нелегко реагує з матеріалом, на який переноситься візерунок, і його можна легко відокремити після перенесення. Крім того, він пропонує чудову газопроникність і термостабільність, що забезпечує різні переваги процесу, і широко використовується в лабораторіях, що досліджують наноструктури.
Осадження з парової фази – це процес, який утворює тонку плівку шляхом вирощування потрібного матеріалу на підкладці. Простіше кажучи, його можна порівняти з процесом накопичення снігу взимку. Методи осадження з парової фази поділяються на хімічне осадження з парової фази (CVD) та фізичне осадження з парової фази (PVD). При хімічному осадженні з парової фази матеріал, який вирощується на підкладці, подається в газоподібному стані; цей матеріал потім дифундує до поверхні підкладки, де вступає в хімічну реакцію з утворенням тонкої плівки. Після формування тонкої плівки решта матеріалу відокремлюється від підкладки та випаровується назад у газоподібний стан. Фізичне осадження з парової фази включає прикладання енергії до матеріалу, який використовується для формування тонкої плівки, фізичне розділення атомів або молекул, а потім їх осадження на підкладці. Розпилення, репрезентативний приклад, – це процес, у якому високоенергетичні частинки стикаються з мішенню, що призводить до викиду атомів або молекул та їх осадження на підкладці.
На відміну від цього, самозбірка — на відміну від процесів, представлених раніше — не передбачає прямого зовнішнього формування структури; радше це процес, у якому компоненти збираються під дією власних сил, утворюючи структуру. Це явище також часто спостерігається в біологічних процесах, таких як синтез білка. Однак, на сучасному рівні технологій, існують обмеження порівняно з процесами, представленими раніше, з точки зору реалізації запланованих структур з високою точністю та низьким рівнем дефектів. Тим не менш, вона вважається вирішальною технологією для створення тривимірних наноструктур та для реалізації структур, здатних до самовідновлення та самовідтворення, і очікується, що вона відіграватиме ключову роль у майбутніх процесах нанофабрикації.
