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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Bilden einer Mikrostruktur, umfassend den Schritt
des Strahlens eines Partikelstrahls örtlich auf eine Folie aus einer
Legierung oder Verbindung, die Atome von zwei oder mehr Elementen
enthält,
wodurch bewirkt wird, dass Atome eines bestimmten Elementes in der
genannten Folie selektiv zur Außenseite
der genannten Folie zurückprallen,
so dass innerhalb der genannten Folie eine Zone in der Form eines
Musters entsteht, in dem die Rate der Atome des genannten bestimmten
Elementes geringer ist als in anderen Abschnitten der genannten
Folie, sowie eine Mikrostrukturiervorrichtung mit einer Mikrostruktur,
die mit Hilfe einer Folie gebildet wird, wobei innerhalb einer Folie
aus einer Legierung oder Verbindung, die Atome von zwei oder mehr
Elementen enthält,
eine Zone in der Form einer Mikrostruktur entsteht, in der die Rate
der Atome eines spezifischen Elementes geringer ist als in anderen
Abschnitten der genannten Folie.
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Als Technologie zur Bildung einer
Quantenfolie (eindimensionale Muldenstruktur) in einem Halbleiter
wurde bereits ein Verfahren unter Anwendung von MBE (Molekularstrahlepitaxie)
entwickelt.
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Zur Bildung eines Quantendrahts (zweidimensionale
Muldenstruktur) oder Quantenpunktes (dreidimensionale Muldenstruktur)
wird jedoch eine zweidimensionale Mikrobearbeitungstechnik auf 10-nm-Niveau
zusätzlich
zu einer Folienbildungstechnik zum Bilden einer Quantenfolie benötigt. Es wurde
jedoch bisher noch keine solche Technik entwickelt, die zuverlässig gewesen
wäre. Spezifischer ausgedrückt, mit
derzeit als zweidimensionales Mikrostrukturierverfahren etablierter
Technologie kann nur eine Präzision
von einigen Hundert nm gewährleistet
werden. Somit kann eine solche Technologie nicht als Feinstrukturierverfahren
zum Bilden einer zwei- oder dreidimensionalen Muldenstruktur wie oben
erwähnt
angewandt werden.
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Verfahren zum Bilden einer Mikrostruktur,
die den Schritt des Strahlens eines Partikelstrahls örtlich auf
eine Atome von zwei oder mehr Elementen enthaltende Legierung oder
Verbindung der oben erwähnten
Art umfasst, sind z. B. in dem Artikel "AlF3- a new
very high resolution electron beam resist", Applied Physics Letters, Bd. 45, Nr.
5, September 1984, in "Method
for producing lithographic structures using high energy electrons", IBM Technical Disclosure Bulletin,
Bd. 24, Nr. 3, August 1981, "Untersuchung von
polykristallinen CAF2-Schichten als Elektronenstrahl-Resist", Journal of Information
Recording Materials, Bd. 19, Nr. 1, Januar 1991, internationale
Patentanmeldung WO94/11787 und europäische Patentanmeldung 0400651
beschrieben.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zur Massenproduktion, mit guter Regelbarkeit
und guter Reproduzierbarkeit, einer Mikrostruktur auf 10-nm-Niveau mit einer
Präzision
in nm-Größenordnung
wie z. B. Quantendraht (zweidimensionale Mikrostruktur) oder Quantenpunkt
(dreidimensionale Mikrostruktur) sowie eine Vorrichtung mit einer
solchen mit dem oben erwähnten
Verfahren erzeugten Mikrostruktur bereitzustellen.
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In einem ersten Aspekt stellt die
Erfindung ein Verfahren zum Bilden einer Mikrostruktur bereit, das
dadurch gekennzeichnet ist, dass der Partikelstrahl ein neutralen
Atomstrahl ist, der durch eine Maske, in der zuvor eine vorbestimmte
Struktur ausgebildet wurde, auf die genannte Folie gestrahlt wird. Die
genannte Folie bildet vorzugsweise einen Abschnitt einer laminierten
Struktur, in der die genannte Folie auf ihren beiden Seiten mit
einer Schicht aus einer Substanz beschichtet wird, die sich von
der die genannte Folie bildenden Substanz unterscheidet, und der
genannte Partikelstrahl wird in einem solchen Winkel auf eine Endfläche der
genannten laminierten Struktur gestrahlt, dass der genannte Bestrahlte
Strahl die genannte Folie schneidet.
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In einem weiteren Aspekt stellt die
Erfindung eine Mikrostrukturiervorrichtung bereit, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass eine leitfähige
Mikrostruktur auf der Innenseite einer Isolationsfolie aus einem
Metalloxid gebildet wird.
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In einem dritten Aspekt stellt die
Erfindung eine Mikrostrukturiervorrichtung bereit, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass eine Si-Mikrostruktur oder eine Si-reiche Mikrostruktur auf der Innenseite
einer SiO2- Isolationsfolie gebildet wird.
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In noch einem weiteren Aspekt stellt
die Erfindung eine Mikrostrukturvorrichtung bereit, die dadurch
gekennzeichnet ist, dass eine Mikrostruktur aus einem metallischen
Supraleiter auf der Innenseite einer Isolationsfolie aus einem Oxid
eines metallischen Supraleiters gebildet wird.
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Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend
beispielhaft unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen ausführlich beschrieben.
Dabei zeigt:
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1 eine
schematische Schnittansicht von Elementen, die einen Mikrostrukturierprozess
gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung illustriert;
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2 ebenfalls
eine schematische Schnittansicht von Elementen, die einen Mikrostrukturierprozess
gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung illustriert; und
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3 eine
schematische Schnittansicht von Elementen, die einen Mikrostrukturierprozess
gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung illustriert.
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In der nachfolgenden Beschreibung
werden die Grundsätze
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Bildung einer Mikrostruktur erörtert.
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Wenn beispielsweise ein schneller
Partikelstrom oder ein fokussierter Ionenstrom auf eine Folie einer
Substanz AB gestrahlt wird, die eine Verbindung einer Substanz A
(mit Atomen A) und einer Substanz B (umfassend Atome B) ist und
deren physikalische Eigenschaften sich von denen der Substanz A
unterscheiden, dann kollidieren Strahlenpartikel mit Atomen A und
B und bilden die Folie, wobei die Atome A oder B zurückprallen.
Die zurückgeprallten
Atome A oder B legen eine Entfernung zurück, die der Rückprallenergie
entspricht. Wenn sich die Masse der Atome A und B voneinander unterscheidet,
dann unterscheidet sich auch die Reichweite der Atome A und B voneinander.
wenn z. B. die Masse der Atome B geringer ist, dann ist die Reichweite
der Atome B größer als
die der Atome A. Wenn die Reichweite der Atome B so groß ist, dass
die Atome B durch die Folie passieren, und die Reichweite der Atome
A so gering ist, dass die Atome A nicht durch die Folie passieren,
dann werden die Atome B selektiv aus der Folie der Substanz AB ausgetrieben
(Kickout-Effekt). So entsteht eine Zone, die reicher an Atomen A
ist, nur in der Strahlungszone. Demgemäß wird in der Folie eine Mikrostruktur
mit einer Zusammensetzung gebildet, die sich von der anderer Teile der
Folie unterscheidet.
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Wenn die Zahl der Atome B, die aufgrund des
Partikelstrahls zurückprallen,
allmählich
erhöht wird,
dann nähert
sich die Zusammensetzung der Strahlungszone der der Substanz A.
Somit ist es möglich,
in der Folie AB eine Mikrostruktur aus einer Substanz zu bilden,
die im Wesentlichen der Substanz A ähnlich ist.
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Wenn andererseits eine laminierte
Struktur gebildet wird, in der eine Folie aus einer Substanz AB,
die der oben erwähnten
Substanz AB ähnlich
ist, von und zwischen Lagen einer anderen Substanz gehalten wird,
und ein Partikelstrahl wird auf eine Endfläche der laminierten Struktur
in einem solchen Winkel gestrahlt, dass der Partikelstrahl die Folie
AB schneidet, dann entsteht eine Strahlungszone an einer Position,
deren Tiefe von der oben erwähnten Endfläche durch
die Reichweite des Partikelstrahls bestimmt wird. Die Zone, in der
sich die bestrahlte Zone und die Folie AB schneiden, ist reich an
Atomen A. Indem also die Energie des Partikelstrahls geregelt wird,
kann leicht eine zweidimensionale Struktur auf 10-nm-Niveau mit
guter Regelbarkeit und guter Reproduzierbarkeit entstehen.
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Eine mit dem oben erwähnten erfindungsgemäßen Verfahren
erhaltene Mikrostruktur hat eine Dicke, die im Wesentlichen gleich
der Dicke der Folie ist. Wenn ein konvergenter Ionenstrahl verwendet und
auf eine Stelle gestrahlt wird, dann wird die resultierende Mikrostruktur
zu einem Punkt (Quantenpunkt) mit einer Größe ähnlich der Querschnittsgröße des Strahls.
Wenn eine Folie von einem fokussierten Ionenstrahl abgetastet wird,
dann wird die resultierende Mikrostruktur zu einer Linie (Quantendraht) mit
einer Breite, die der Strahlengröße entspricht. Wenn
eine Maske verwendet wird, dann hat die resultierende Mikrostruktur
eine Dicke; die im Wesentlichen gleich der Dicke der Folie ist,
und Form und Größe der Mikrostruktur
entsprechen Form und Größe der Maskenstruktur.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum
Bilden einer Mikrostruktur kann eine zwei- oder dreidimensionale
Mikrostruktur mit einer Präzision
in nm-Größenordnung
mit guter Reproduzierbarkeit mit einem relativ einfachen Prozess
gebildet werden, der im Hinblick auf seine Regelbarkeit ausgezeichnet
ist, wie z. B. Strahlen eines Partikelstrahls durch eine Maske oder
dergleichen, ohne dass die unnötigen Teile
der Zielfolie entfernt werden, wie dies in der Fotolithografie des
Standes der Technik mit der Bearbeitungstechnologie zum Bilden einer
zweidimensionalen Mikrostruktur geschieht.
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Wenn ein Verfahren angewendet wird,
bei dem ein Partikelstrahl auf eine Endfläche einer laminierten Struktur
gestrahlt wird, in der eine Zielfolie von und zwischen Lagen einer
anderen Substanz gehalten wird, dann kann eine zwei- oder dreidimensionale
Mikrostruktur in der gewünschten
Zone der Folie gebildet werden, die nicht nach außen exponiert
ist.
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Eine Feinstrukturiervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Vorrichtung, die mit dem oben erwähnten Verfahren
der vorliegenden Erfindung gebildet wird und die dadurch gekennzeichnet
ist, dass auf der Innenseite einer Folie aus einer Legierung oder
Verbindung, die Atome von zwei oder mehr Elementen enthält, eine
Zone in der Form einer Mikrostruktur entsteht, in der die Rate der
Atome eines bestimmten Typs geringer ist als in anderen Teilen der
Folie.
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Ein spezifisches Beispiel für die erfindungsgemäße Feinstrukturiervorrichtung
beinhaltet eine Struktur, in der ein Partikelstrahl auf eine Isolierfolie beispielsweise
aus einem metallischen Oxid gestrahlt wird, so dass Sauerstoffatome
selektiv ausgetrieben werden, so dass die Isolierfolie auf ihrer
Innenseite mit einer leitfähigen
Feinstruktur versehen wird.
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Ein weiteres spezifisches Beispiel
für die
erfindungsgemäße Feinstrukturiervorrichtung
beinhaltet eine Struktur, in der ein Partikelstrahl auf eine SiO2-Folie gestrahlt wird, um zu bewirken, dass
Sauerstoffatome selektiv zurückprallen,
so dass eine Vorrichtung entsteht, in der die SiO2-Folie
auf ihrer Innenseite mit einer Si- oder Si-reichen Mikrostruktur versehen
wird.
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Noch ein weiteres spezifisches Beispiel
für die
erfindungsgemäße Feinstrukturiervorrichtung
beinhaltet eine Struktur, in der ein Partikelstrahl auf eine Folie
aus einem Oxid eines metallischen Supraleiters gestrahlt wird, so
dass bewirkt wird, dass Sauerstoffatome selektiv ausgetrieben werden,
so dass eine Vorrichtung entsteht, in der der Isolierfilm auf seiner Innenseite
mit einer supraleitfähigen
Mikrofolie versehen wird.
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Ferner kann gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung ein Partikelstrahl auf eine Folie aus einer organischen
Verbindung gestrahlt werden, so dass bewirkt wird, dass Atome eines
spezifischen Elementes ausgetrieben werden, wodurch eine Mikrostruktur
entsteht, in der die Rate der Atome des spezifischen Elementes geringer
ist und die demzufolge eine Zusammensetzung besitzt, die sich von der
der anderen Zone der Folie unterscheidet.
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Ferner kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein Partikelstrahl auf eine Folie aus einer Legierung gestrahlt
werden, wodurch bewirkt wird, dass Atome eines spezifischen Elementes
in der Legierungszusammensetzung ausgetrieben werden, so dass eine
Mikrostruktur mit einer Zusammensetzung entsteht, die sich von der
der Legierung unterscheidet, oder die aus einem einzelnen Metall
besteht.
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(Beschreibung bevorzugter
Ausgestaltungen der Erfindung)
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In der folgenden Beschreibung werden
bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung mit Bezug
auf die Begleitzeichnungen erörtert.
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Wie in der schematischen Schnittansicht
von Elementen im Laufe einer Mikrostrukturausbildung in 1 dargestellt ist, wird
auf der Oberfläche
eines Substrats 1 eine Folie 2 gebildet, die eine
Verbindung einer Substanz A (mit Atomen A) mit einer Substanz B
(mit Atomen B) ist und die von einer Substanz AB gebildet wird,
deren physikalischen Eigenschaften sich von denen der Substanz A
unterscheiden. Die Folie 2 hat eine Dicke von etwa 10 nm.
Die Atome der Substanz A haben eine größere Masse als die Atome der
Substanz B, und die Massendifferenz ist vorzugsweise groß. Bei einem
Beispiel für
eine solche Kombination umfasst die Substanz A Metall- oder Halbleiteratome,
und die Substanz B ist beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff
oder dergleichen, deren physikalischen Eigenschaften eine große Änderung
erfahren, wenn sie auf die Substanz A gebondet werden, und deren
Masse sich erheblich von der der Substanz A unterscheidet.
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Ein fokussierter Ionenstrahl (z.
B. metallischer fokussierter Ionenstrahl oder gasförmiger fokussierter
Ionenstrahl) 3 mit einer Energie von etwa mehreren keV
bis zu mehreren Dutzend keV, wird auf die durch die oben erwähnte Substanz
AB gebildete Folie 2 gestrahlt. Den fokussierten Ionenstrahl 3 bildende
Ionen kollidieren mit Atomen A und B, die die Folie 2 bilden,
wodurch bewirkt wird, dass die Atome A und B zurückprallen. Die Reichweiten
der Atome A und B zu dem Zeitpunkt, an dem die Atome A und B zurückgeprallt
sind, unterscheiden sich aufgrund der Massendifferenz dazwischen
voneinander, und die Reichweite der Atome B ist größer als
die Reichweite der Atome A. Somit werden die Atome B selektiv aus einer
Zone 4 der Folie 2 ausgetrieben, auf die der fokussierte
Ionenstrahl 3 gerichtet ist. Die Folge ist, dass die physikalischen
Eigenschaften der Strahlungszone 4 mit den physikalischen
Eigenschaften der Substanz A identisch oder diesen ähnlich sind. Durch
geeignetes Abtasten der Folie 2 mit dem fokussierten Ionenstrahl 3 kann
dann auf der Innenseite der Folie 2 eine optionale Mikrostruktur
gebildet werden, die den Abschnitten entspricht, auf die der fokussierte
Ionenstrahl 3 gerichtet wurde. Was die Abmessungen der
so gebildeten Struktur betrifft, so ist die Dicke gleich der der
Folie 2, und die Größen in anderen
Richtungen und die Präzision
werden auf der Basis der Querschnittsgröße und Präzision des fokussierten Ionenstrahls 3 bestimmt.
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Wenigstens ein Teil der den fokussierten
Ionenstrahl 3 bildenden Ionen wird in die Folie 2 injiziert.
Wenn jedoch als Strahlenquelle die Substanz A in ihrer natürlichen
Form oder ein Element verwendet wird, das die physikalischen Eigenschaften
der Substanz A nicht beschädigt,
dann kann der Einfluss von Ionen des in die Folie 2 injizierten
fokussierten Ionenstrahls 3 begrenzt werden.
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In der oben erwähnten Ausgestaltung können die
Dicke der Folie 2 und die Querschnittsgröße des fokussierten
Ionenstrahls 3 leicht mit einer Präzision in nm-Größenordnung
geregelt werden. Somit ist es gemäß dieser Ausgestaltung möglich, eine
Reihe verschiedener Vorrichtungen z. B. mit Hilfe eines Quanteneffekts
zu erzeugen, in denen die Folie 2 auf ihrer Innenseite
mit einer Mikrostruktur mit einer Präzision in nm-Größenordnung
erzeugt wird, deren physikalischen Eigenschaften sich von denen
anderer Abschnitte der Folie 2 unterscheiden.
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2 ist
eine schematische Schnittansicht von Elementen im Laufe einer Strukturausbildung
gemäß einer
anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, in der ein nicht
fokussierter schneller Partikelstrahl 5 verwendet wird.
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In dieser Ausgestaltung wird auf
der Oberfläche
eines Substrats 1 eine Folie 2 von einer Substanz
AB gebildet, die eine Verbindung der Substanzen A und B ist, ebenso
wie in der Ausgestaltung von 1.
Dann wird eine Maske 6 mit der gewünschten Struktur auf der Oberfläche der
Folie 2 angeordnet, und der nicht fokussierte schnelle
Partikelstrahl 5 wird durch die Maske 6 auf die
Folie 2 gerichtet. Nach dem Passieren der Maske 6 kollidieren
die schnellen Partikel mit den die Folie 2 bildenden Atomen
A und B. Wie in der Ausgestaltung von 1 prallen
die Atome B mit geringerer Masse selektiv zur Außenseite der Folie 2 zurück. Infolgedessen
entsteht auf der Innenseite der von der Substanz AB gebildeten Folie 2 eine
Zone 7 mit physikalischen Eigenschaften, die mit denen
der Substanz A identisch oder diesen ähnlich sind.
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In Zone 7 von 2 ist die Dicke gleich der der
Folie 2, und andere Größen und
Präzisionen
werden mit den Strukturgrößen und
der Präzision
der Maske 6 bestimmt.
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3 ist
eine schematische Schnittansicht von Elementen im Laufe einer Strukturierung
gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, in der eine Mikrostruktur
in einer Folie in einem Abschnitt gebildet werden soll, die nicht
zur Außenseite
hin exponiert ist.
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Gemäß der Ausgestaltung von 3 wird zunächst eine
Folie 8a aus einer Substanz C auf der Oberfläche eines
Substrats 1 ausgebildet, und eine Folie 2 aus
einer Substanz AB ähnlich
der Substanz AB in jeder der oben erwähnten Ausgestaltungen wird
dann auf der Oberfläche
der Folie 8a gebildet. Dann wird eine Folie 8b aus
einer Substanz C auf der Oberfläche
der Folie 2 gebildet, so dass eine laminierte Struktur
entsteht, in der die Folie 2 der Substanz AB von und zwischen
den Folien 8a, 8b der sich von der Substanz AB
unterscheidenden Substanz C gehalten wird.
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Dann wird die laminierte Struktur
teilweise geätzt
oder einer ähnlichen
Behandlung unterzogen. So wird die Folie 2 an einer ihrer
Endflächen
zur Außenseite
hin exponiert, und es entsteht eine Endfläche 9, die in Bezug
auf die Richtung der Normallinie des Substrats 1 geneigt
ist. Dann wird ein schneller Partikelstrahl 5 ähnlich dem
in der Ausgestaltung von 2 auf
die Endfläche 9 der
laminierten Struktur in der Richtung der Normallinie des Substrats 1 gerichtet.
Partikel des gerichteten Strahls 5 werden bis auf die durch
die Energie bestimmte Tiefe injiziert. So entsteht in der laminierten
Struktur eine geschichtete Partikel-injizierte Zone 10 mit
einer vorbestimmten Tiefe von der Endfläche 9. An der Zone 11,
in der die geschichtete Partikel-injizierte Zone 10 die
Folie 2 durchquert, kollidieren Partikel des Strahls 5 mit
Atomen A und B, genau wie in jeder der oben erwähnten Ausgestaltungen. Dann
prallen die Atome B selektiv zur Außenseite der Folie 2 zurück.
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Somit erfährt, wie in jeder der oben
erwähnten
Ausgestaltungen, die schneidende Zone 11 eine Veränderung
der Zusammensetzung und hat physikalische Eigenschaften, die mit
denen der Substanz A identisch oder diesen ähnlich sind. In der Schnittzone 11 ist
die Dicke T ähnlich
der Dicke der ursprünglichen
Folie 2, die Tiefe D wird durch die Dispersion der Partikelreichweite
bestimmt, und die durchschnittliche Distanz zwischen Endfläche 9 und Zone 11 wird
durch die durchschnittliche Partikelreichweite bestimmt. Im Allgemeinen
kann, da die Energie des Partikelstrahls genau geregelt werden kann,
die Tiefe D der Zone 11 leicht mit einer Präzision in
nm-Größenordnung
geregelt werden. Somit kann eine zweidimensionale Mikrostruktur 11 mit
der Dicke T und der Tiefe D gebildet werden, die auf 10-nm-Niveau
mit einer Präzision
in nm-Größenordnung
liegen.
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In der Ausgestaltung von 3 können, wenn ein fokussierter
Ionenstrahl als Strahl 5 verwendet wird, nicht nur die
Dicke und die Tiefe D, sondern auch die Breite (in der Richtung
im rechten Winkel zur Zeichnungsebene) durch die Strahlengrößen geregelt
werden. So kann eine dreidimensionale Mikrostruktur hergestellt
werden.
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In jeder der oben erwähnten Ausgestaltungen
wird hauptsächlich
eine Reichweitendifferenz zwischen den Substanzen A und B zu dem
Zeitpunkt, an dem die Substanzen A und B zurückgeprallt sind, verwendet,
so dass eine Substanz B ausgetrieben wird. Es ist jedoch bekannt,
dass, wenn die auszutreibende Substanz B als Strahlenquelle verwendet wird,
die der Substanz B mitgeteilte Rückprallenergie maximiert
wird. Somit ist es möglich,
einen Partikelstrahl der Substanz B auf die Folie 2 zu
richten, um die Substanz B effektiv auszutreiben.
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Die strukturellen Merkmale einer
mit dem oben erwähnten
erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Mikrostruktur liegen darin, dass eine Mikrostruktur
einer spezifischen Substanz auf der Innenseite einer Folie einer
Substanz gebildet wird, die sich von der spezifischen Substanz unterscheidet, und
darin, dass die Strukturgrößen auf
10-nm-Niveau mit
einer Präzision
in nm-Größenordnung
leicht erreichbar sind.
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Gemäß der Fotolithografietechnologie
des Standes der Technik wird eine gleichmäßige Folie aus einer Substanz,
mit der eine Mikrostruktur gebildet werden soll, auf der Oberfläche eines
Substrats oder dergleichen gebildet, und die Folie wird dann durch
Entfernen ihrer unnötigen
Teile strukturiert. Demgemäß entsteht
die resultierende Mikrostruktur in einem Gefüge, in dem die verbleibende
Foliensubstanz in einer vorbestimmten Struktur auf der Oberfläche des
Substrats oder dergleichen platziert wird. Ferner kann eine Mikrobearbeitung
gemäß einer
solchen Fotolithografie lediglich eine Maßpräzision auf der Ebene in der
Größenordnung
von 100 nm gewährleisten.
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Somit unterscheidet sich eine erfindungsgemäße Mikrostrukturiervorrichtung
im Hinblick auf Struktur und Maßpräzision um
etwa eine Dezimalstelle von einer Mikrostrukturiervorrichtung unter
Anwendung einer Fotolithografietechnologie des Standes der Technik.
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Nachfolgend werden Mikrostrukturiervorrichtungen
gemäß Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die
die Mikrostrukturierverfahren gemäß bevorzugten Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung illustrieren.
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Wenn ein fokussierter Ionenstrahl 3 oder
ein schneller Partikelstrahl 5 auf eine Folie 2 aus
einem Metalloxid gerichtet wird, so dass Sauerstoffatome selektiv
ausgetrieben werden, dann entsteht eine Vorrichtung, in der die
Isolierfolie 2 aus Metalloxid auf ihrer Innenseite mit
einer leitfähigen
Mikrostruktur 4, 7, 11 versehen wird.
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Wenn ein fokussierter Ionenstrahl 3 oder
ein schneller Partikelstrahl 5 auf eine SiO2-Folie 2 gerichtet
wird, so dass Sauerstoffatome selektiv ausgetrieben werden, dann
entsteht eine Vorrichtung, in der die SiO2-Isolierfolie 2 auf
ihrer Innenseite mit einer Si- oder Si-reichen Mikrostruktur 4, 7, 11 versehen
wird.
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Wenn ein fokussierter Ionenstrahl 3 oder
ein schneller Partikelstrahl 5 auf eine Folie 2 aus
einem Oxid eines metallischen Supraleiters wie z. B. Nb2O5 gerichtet wird, so dass Sauerstoffatome
selektiv ausgetrieben werden, dann entsteht eine Vorrichtung, in der
die Isolierfolie 2 aus Nb2O5 auf ihrer Innenseite mit einer supraleitenden
Mikrofolie 4, 7, 11 aus Nb versehen wird.
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In keiner der Vorrichtungen mit den.
oben erwähnten
Materienzusammensetzungen ist die Gestalt der Mikrostruktur 4, 7, 11 auf
eine spezifische beschränkt,
sondern ist wählbar.
Da jedoch eine Mikrostruktur auf 10-nm-Niveau mit einer Präzision in nm-Größenordnung
gebildet werden kann, kann eine Vorrichtung entstehen, in der ein
Quanteneffekt ausreichend genutzt wurde.
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Es wird nunmehr vorgeschlagen, dass
das Elementgefüge
von 3 verwendet wird
und die Folie 2 aus Nb2O5 und die obere und untere Folie 8a, 8b aus
Nb hergestellt werden. Wenn dann die Sauerstoffelemente in der Zone 11 selektiv
ausgetrieben werden, entsteht ein massiver Josephson-Übergang, in dem zwei supraleitende
Nb-Folien 8a, 8b durch eine Brücke 11 mit einem Nb-Mikrosupraleiter
aneinander gebondet werden. So kann eine supraleitfähige Vorrichtung
wie z. B. SQUID oder dergleichen mit guter Reproduzierbarkeit erhalten
werden.
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Durch Anwenden des erfindungsgemäßen Mikrostrukturierverfahrens
können
nicht nur die oben erwähnten
Vorrichtungen erhalten werden, in denen ein Quanteneffekt genutzt
wurde, sondern auch eine Mikrostruktur mit beliebigen der nachfolgenden
Materienzusammensetzungen, obwohl ihre industrielle Anwendung Gegenstand
weiterer Diskussionen sein wird.
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Wenn z. B. ein Strahl auf eine Folie 2 aus
einer organischen Verbindung gerichtet wird, so dass Atome eines
spezifischen Typs, z. B. Wässerstoff-, Sauerstoff- Stickstoff- oder
Metallatome, ausgetrieben werden, dann entsteht eine Mikrostruktur,
die im Hinblick auf die Rate solcher spezifischer Atome reduziert
ist und die eine Zusammensetzung aufweist, die sich von der anderer
Zonen unterscheidet.
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Ferner kann, wenn ein Strahl auf
eine Legierungsfolie 2 gerichtet wird, so dass Atome eines
spezifischen Typs in der Legierungszusammensetzung ausgetrieben
werden, in der Legierungsfolie eine Struktur entstehen, die aus
einem Metall besteht, die sich in der Zusammensetzung von der Legierung
unterscheidet, oder die aus einem einzelnen Metall besteht.