RU2613054C1 - Способ формирования тонкоплёночного рисунка на подложке - Google Patents
Способ формирования тонкоплёночного рисунка на подложке Download PDFInfo
- Publication number
- RU2613054C1 RU2613054C1 RU2015144415A RU2015144415A RU2613054C1 RU 2613054 C1 RU2613054 C1 RU 2613054C1 RU 2015144415 A RU2015144415 A RU 2015144415A RU 2015144415 A RU2015144415 A RU 2015144415A RU 2613054 C1 RU2613054 C1 RU 2613054C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film
- substrate
- irradiation
- laser
- pattern
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 107
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 26
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 4
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 abstract description 9
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 24
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 2
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к оптическим технологиям формирования топологических структур на подложках, в частности к лазерным методам формирования на подложках топологических структур нано- и микроразмеров для нано- и микромеханики, микро- и наноэлектроники. В способе формирования тонкопленочного рисунка на подложке, использующем лазерное локальное облучение предварительно нанесенной пленки, в соответствии с изобретением, облучение проводят в режиме импульсного двухфазного разрушения пленки, затем подложку подвергают равномерному поверхностному травлению на толщину, не меньшую толщины пленки на необлученных участках подложки. Предлагается также вариант способа, в котором облучение проводят одновременным воздействием двух когерентных лазерных лучей, формирующих на поверхности периодическую интерференционную картину, причем интенсивность облучения обеспечивает режим импульсного двухфазного локального разрушения пленки. Техническим результатом изобретения является создание способа адресуемого формирования одномерных тонкопленочных наноструктур типа нанопроволок и периодических решеток из нанопроволок на поверхности подложки. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к оптическим технологиям формирования топологических структур на подложках, в частности к лазерным методам формирования на подложках топологических структур нано- и микроразмеров для нано- и микромеханики, микро- и наноэлектроники.
Решается проблема создания технологии, позволяющей получать на подложках квазиодномерные линейчатые структуры типа нанопроволок с нанометровыми размерами ширины линий.
Аналогом изобретения является известная фотолитографическая технология получения на подложках топологических рисунков, при которой нанесенную на подложку пленку будущей топологической структуры подвергают травлению через устойчивую к действию травителей фотомаску с рисунком необходимой топологии [Технология СБИС: В 2-х кн. Кн. 1. Пер. с англ. / Под ред. С. Зи. - М.: Мир, 1986. 404 с.].
Недостатком фотолитографической технологии является ее сложность, что обусловлено многостадийностью процессов фотолитографии; другой недостаток ограничения по получению топологических структур с размерами в нанометровом диапазоне, так как фотомаска получается оптическими методами и минимальные размеры ее элементов обусловлены длиной волны используемого актиничного излучения.
Другим аналогом изобретения является метод лазерного сублимационного формирования рисунка на предварительно нанесенную на подложку тонкую пленку [И.Н. Завестовская и др. Процессы нано- и микроструктуирования поверхности металлов под действием излучения твердотельных лазеров с диодной накачкой. http://flatik.ru/processi-nano--i-mikrostruktuirovaniya-poverhnosti-metallov-po]. На подложке с пленкой лазерным излучением формируют проекционным способом световой рисунок, в местах воздействия излучения материал пленки испаряется не переходя в жидкую фазу, что обеспечивается малой длительностью импульсов излучения - до пикосекунд - в сочетании с высокой интенсивностью излучения. Оставшийся не испаренным металл пленки образует заданный тонкопленочный рисунок на подложке, при этом повторяется световая картина.
Недостатком прототипа является невозможность использования непрерывного лазерного излучения и режима сканирования при получении рисунка, а также ограничения при получении предельно малых размеров элементов рисунка, так как при проекционном способе формирования световой картины дифракция света не позволяет получать элементы размером менее длины волны света.
Прототипом изобретения выбрана технология лазерного фрезерования тонких пленок на подложках [Вейко В.П. Лазерная обработка пленочных элементов. - Л.: Машиностроение, 1986.], заключающаяся в локальном испарении участков заранее нанесенной на подложку тонкой пленки с помощью сфокусированного лазерного луча, который может быть сформирован проекционным способом в виде светового рисунка на поверхности подложки, подобного рисунку требуемой топологии. По этой технологии удаление металлической пленки производится в двухфазном режиме, при котором при импульсном нагревании пленки происходит образование двух фаз материала пленки - жидкой и парообразной, пар своим давлением выдавливает жидкий расплав к краям нагретой лазерным излучением зоны подложки, формируя просветы в топологическом рисунке. При этом по периметру очищенной от материала пленки области подложки образуется валик из металла пленки.
Недостатком прототипа является ограничение по получению топологических структур с размерами в нанометровом диапазоне, так как минимальные размеры лазерного пятна на подложке обусловлены длиной волны используемого лазера, а также образование валика на поверхности получаемых топологических структур, искажающего получаемые конфигурации структур.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание способа формирования одномерных тонкопленочных наноструктур типа нанопроволок на поверхности подложки.
Решение задачи достигается тем, что в способе формирования тонкопленочного рисунка на подложке, использующем лазерное локальное облучение предварительно нанесенной пленки, в соответствии с изобретением, облучение проводят в режиме импульсного двухфазного разрушения пленки, причем затем подложку подвергают равномерному поверхностному травлению на толщину, не меньшую толщины пленки на необлученных участках подложки.
Предлагается также, что облучение проводят сфокусированным сканирующим лазерным лучом
Предлагается также, что наносят на подложку островковую пленку.
Предлагается также, что материал напыленной тонкой пленки при расплавлении не растекается по подложке.
Предлагается также вариант способа формирования тонкопленочного рисунка на подложке по п. 1, использующий лазерное локальное облучение предварительно нанесенной пленки, отличающийся тем, что облучение проводят одновременным воздействием двух когерентных лазерных лучей, формирующих на поверхности периодическую интерференционную картину, причем интенсивность облучения обеспечивает режим импульсного двухфазного локального разрушения пленки
Изобретение базируется на использовании физических эффектов миграции вещества по поверхности твердой подложки под действием сил, возникающих при импульсном лазерном облучении поверхности подложки с пленкой - наличие градиента температуры на поверхности и давления паров испаряющейся пленки. Известно, что расплавленный слой материала на поверхности нагретой лазерным импульсом твердой подложки мигрирует, стягивается к периметру нагретой области - к более холодной зоне подложки - и там застывает в виде валика. Физических причин миграции материала может быть несколько. В указанной работе Вейко В.П. рассматривается механизм выдавливания расплава пленки к периметру нагретой зоны давлением пара материала самой пленки, испаряющейся при импульсном лазерном облучении; возможен также механизм направленной диффузионной миграции атомов и кластеров металла, адсорбированных на поверхности подложки, в сторону понижения температуры в зоне градиента температуры.
Если после образования валика по периметру нагретой области всю подложку с пленкой подвергнуть равномерному воздействию травителя, действующего только на материал пленки, то после удаления пленки со всей поверхности подложки останется не удаленной часть материала в области образовавшегося при лазерном облучении валика, так как здесь толщина слоя больше. Оставшуюся не удаленной часть можно охарактеризовать как закрепленную на подложке проволоку с размером поперечника проволоки, близким к величине зоны градиента температуры на подложке при лазерном нагревании подложки.
Величина зоны градиента температуры при импульсном лазерном облучении подложки характеризуется длиной тепловой волны:
, где t - время температурного импульса, χ - температуропроводность материала подложки. Расчеты показывают, что при использовании кварцевых подложек, имеющих χ=0,009 см2/с, при длительности лазерных импульсов 1 нс длина тепловой волны составляет lT=30 нм, что означает, учитывая резкий спад температуры по зоне градиента, достижимость минимального значения ширины порядка 10 нм полоски на подложке.
Изобретение иллюстрируется на фигурах 1 и 2, где 1 - подложка, 2 - предварительно нанесенная пленка толщиной d, 3 - участок пленки на подложке вблизи зоны прогревания, 4 - образовавшийся валик на краю зоны прогрева, а - ширина валика, 5 - зона разрыва пленки в области лазерного облучения, с - высота валика над поверхностью пленки; 6 - расплавленный участок пленки 2, Р - пар материала пленки 2 при облучении, 7 - образовавшийся рисунок, 8 и 9 - когерентные лазерные лучи, 10 - распределение интенсивности излучения на поверхности пленки 2, 11 - образовавшийся периодический рисунок на подложке, Т - период периодического рисунка.
На фигуре 1 показана последовательность технологических операций, соответствующих пунктам 1-4 формулы изобретения, на фигуре 2 - последовательность операций по варианту способа п. 5 формулы.
На фигуре 1:
а) на подложку 1 наносят пленку 2 слоем толщиной d;
б) облучают подложку 1 с пленкой лазерным пучком (короткие стрелки) шириной h; пунктиром показана зона прогревания подложки энергией лазерного пучка.
Материал пленки в зоне облучения плавится и силами поверхностного натяжения расплава стягивается к менее нагретым краям зоны облучения, оставляя обнаженной поверхность подложки. При этом необходимо, чтобы не происходило химического взаимодействия расплава с подложкой или сплавления с подложкой; выбираются материалы с плохим смачиванием подложки расплавом. Расплав на краях не расплавленной области пленки образует наплывы в виде валиков высотой с над пленкой.
в) - г) вариант образования валика при выдавливании расплава 6 пленки 3 на периметр нагретой импульсным лазерным излучением зоны подложки 1 давлением p пара пленки; интенсивность облучения и длительность импульсов облучения выбираются такими, чтобы происходило разрушение напыленной пленки по двухфазному механизму с образованием расплава и паровой фазы, с - высота валика из расплава над поверхностью пленки; после окончания лазерного облучения подложку с образовавшимися по краям облученной зоны валиками подвергают равномерному травлению по всей поверхности подложки с пленкой: 7 - образовавшиеся полоски металла, а - ширина полосок.
На фигуре 2:
а) на подложку 1 наносят пленку 2 слоем толщиной d;
б) облучают подложку 1 с пленкой одновременно двумя лазерными коллимированными пучками 8 и 9, падающими на поверхность под некоторыми углами падения. Лазерные пучки должны быть когерентными между собой, что обычно достигается тем, что их образуют делением светового потока, излучаемого одним лазером. В области наложения пучков образуется периодическая картина 10 двухлучевой интерференции в виде полос интерференционных максимумов и минимумов с периодичностью L, интенсивность лазерного излучения на поверхности в полосе максимума интерференции должна быть достаточна для разрушения пленки на подложке по двухфазному механизму, то есть с образованием жидкой и парообразной фазы вещества пленки;
в) подложка после окончания лазерного облучения, 11 - образовавшиеся в области минимумов интерференционной картины валики из материала пленки, их периодичность T расположения на подложке равна периодичности интерференционной картины.
При нанесении тонкой пленки необходимо использовать полированную подложку из тугоплавкого материала, который может быть прозрачным или непрозрачным, например, из плавленого кварца, стекла, монокристаллического окисленного или неокисленного кремния; пленка может наносится любым способом, например напылением, катодным или магнетронным распылением из материала формируемых наноструктур. Толщина пленки предопределяет характерный поперечный размер полосчатого элемента формируемой наноструктуры, предпочтительное значение толщины при формировании наноструктур - единицы и десятки нанометров. При такой толщине пленка металла может иметь островковый характер.
Лазерное облучение подложки с напыленной пленкой (фигура 1б), где зона облучения показана в поперечном сечении, производится таким образом, чтобы облучаемый участок нагревался импульсно, кратковременно, чего можно достичь применением импульсного сфокусированного лазерного пучка или использованием сканирующего непрерывного сфокусированного лазерного пучка. Форма одномерной получаемой структуры повторяет форму границы прогретого сфокусированным лазерным излучением пятна, однако точное положение границы в некоторой мере зависит от интенсивности лазерного излучения.
Как показывают расчеты, при сканировании колеблющимся непрерывным пучком поперечные колебания пучка должны происходить с частотой сотен кГц. Поперечный размер зоны прогрева 7 определяется шириной h области фокуса лазерного луча с добавлением двух областей расплывания нагретой зоны вследствие температуропроводности подложки и расположенной на подложке тонкой пленки. Величины прогретых за счет температуропроводности зон определяются длиной тепловой волны в материалах подложки и пленки, формула которой приведена выше.
В связи с импульсным характером нагревания подложки и естественным неравномерным распределением интенсивности излучения по поперечному сечению пучка, например гауссовским распределением, температура подложки и пленки увеличивается неравномерно по сечению пучка, а ускоренно в некоторой средней точке сечения, где раньше других областей пленки достигается температура плавления пленки; при этом подложка должна остаться твердой. При продолжении облучения расплав перегревается, в средней его части скорость испарения увеличивается и образуется сквозная (до подложки) щель в расплаве.
Давление сил поверхностного натяжения расплава в области краев возникшего щелевидного разрыва пленки, обратно пропорциональное радиусу закругления края расплава, то есть толщине пленки, стремится образовать из материала расплавленной области края пленки цилиндрический валик по всему краю щелевидного разрыва, что заставляет также образующийся валик отодвигаться от области образовавшейся щели к более холодным областям зоны прогрева 7. Таких валиков образуется два, каждый по своему краю разрыва.
Если область прогрева имеет точечный, а не полосчатый характер, то силы поверхностного натяжения при толщине пленки, большей диаметра лазерного «прокола», могут стремиться «зарастить» образовавшееся круглое отверстие в пленке.
После окончания лазерного прогревания на краях прогретой зоны образуются валики 4 шириной l из материала пленки, с одной стороны примыкающие к образовавшемуся разрыву 5, с другой - к не поврежденному прогревом участку 3 пленки; превышение с высоты валика над уровнем пленки определится той частью объема материала пленки зоны ее прогрева, которая не подверглась превращению в пар.
Если нанесенная пленка настолько тонкая, что может иметь островковую структуру, как указано в п. 3 формулы, при которой отдельные кластеры, содержащие каждый множество атомов, структурно разъединены, силы поверхностного натяжения могут быть не достаточны для перемещения кластеров по поверхности подложки, однако существует их диффузионное беспорядочное термическое перемещение по поверхности, скорость которого больше в зоне поверхности с большей температурой. Такое их беспорядочное движение приводит с течением времени нагрева или при многократном повторении импульсов лазерного облучения, к увеличению концентрации кластеров в более холодных областях поверхности и их слиянию в непрерывный слой в краевой области лазерного прогревания. При этом силы поверхностного натяжения расплава уже могут формировать валик из материала пленки с увеличенной толщиной в сравнении с толщиной напыления.
Рассмотренный механизм образования валиков при использовании большей интенсивности лазерного излучения, при которой становится значительным давление отдачи пара на расплав, может быть дополнен известным действием сил выдавливания расплава паром к периметру зоны расплава (механизм «двухфазного» лазерного разрушения пленок в указанной работе Вейко В.П.). На фигуре 1в, при выдавливании на периметр нагретой импульсным лазерным излучением зоны подложки расплава 7 пленки 3 образуется валик, имеющий превышение с над поверхностью пленки; в ходе процесса выдавливания расплав в средней области прогревания весь испаряется, и структура становится подобной изображенной на фигуре 1б.
После образования валиков всю поверхность подложки с пленкой и образовавшимися структурами необходимо подвергнуть равномерному поверхностному травлению в течение времени, не меньшего требующегося для стравливания первоначальной толщины d пленки. После такого травления на подложке останется структура, показанная на фиг. 1г, в виде двух полосок шириной а, размещенных в областях расположения валиков; их высота примерно равна величине превышения с высоты валиков над поверхностью напыленной пленки.
Травление пленки производят ускоренными ионами в вакууме или химическим или электрохимическим растворением.
В некоторых случаях применения образовавшихся структур нет необходимости в удалении напыленной пленки после лазерного получения валиков; например, при использовании напыленной островковой металлической пленки в области валика возникает электрическая проводимость пленки, тогда как в остальных необлученных областях пленки электрической проводимости может не быть в связи со структурным разъединением кластеров металла, образующих пленку. Образовавшиеся валики - нанопроволочки могут выполнять свои функции и без удаления необлученных областей первоначально нанесенной на подложку пленки.
Ограничением для выбора сочетания материалов подложки и пленки является критерий минимума их химического взаимодействия в нагретом состоянии и минимальная способность к растеканию расплава пленки по поверхности подложки, то есть отсутствие смачиваемости расплавом пленки поверхности подложки (п. 4 формулы). Последнее может достигаться модифицированием поверхности подложки перед нанесением пленки окислением, нитрированием подложки, и т.д., предварительным нанесением на подложку пленок материалов, слабо смачиваемых расплавами металлов, например, слоев углерода.
При реализации способа по второму варианту (фигура 2) вначале на подложку 1 наносят в виде сплошной тонкой пленки 3 материал будущей структуры нанопроволок (а), затем подложку с пленкой облучают двумя когерентными лазерными лучами 8 и 9 (б) с образованием на поверхности картины 10 двухлучевой интерференции. Интенсивность излучения на поверхности пленки в области максимумов интерференционной картины должна быть достаточна для нагревания пленки и подложки под ней и разрушения пленки в соответствии с двухфазным механизмом: плавление и испарение пленки за время лазерного импульса. При этом образующийся над расплавленной пленкой пар своим давлением выдавливает расплав к периметру нагретой зоны, расплав двигается вдоль поверхности подложки от области с максимальной температурой в области максимумов к менее нагретым областям в области минимумов интерференционной картины. Режим двухфазного разрушения пленки реализуется при определенных соотношениях между интенсивностью и длительностью лазерного импульса, преимущественно при длительности импульса порядка наносекунд.
При более коротких импульсах на уровне пикосекунд реализуется режим сублимационного удаления материала с поверхности облучаемой подложки, когда вещество испаряется без перехода в жидкое состояние, при этом валики из материала пленки не образуются, пленка в области максимумов испаряется, ее вещество уносится с паром. В пленке формируется периодическая структура, повторяющая интерференционную картину распределения интенсивности; при этом минимальные размеры в формируемой структуре пленки определяются оптическими ограничениями при формировании интерференционной картины: ширина Δ интерференционного максимума интенсивности на уровне полувысоты равна половине пространственного периода Т интерференционной картины .
Как следует из фигуры 2б, в область минимума интерференционной картины расплав пленки мигрирует под давлением пара с двух сторон из соседних областей максимумов. Соответствующие валики образующейся структуры могут сойтись в один, после чего по окончании лазерного облучения на поверхности (фигура 2в) оказывается сформированной периодическая решетка из нанопроволок с периодичностью, повторяющей периодичность интерференционной картины. Ширина образовавшегося валика определяется не шириной интерференционного максимума, а гидродинамическими процессами в пленке и в паровой фазе над ней во время лазерного импульса. Давление пара сдвигает расплав в более холодные области подложки, где расплав застывает, и ширина валика определяется шириной менее нагретой области подложки, то есть зависит от температуропроводности подложки. При использовании подложки с малым значением температуропроводности можно получить ширину валика меньше, чем ширина интерференционного максимума в интерференционной картине.
Периодический характер интерференционной картины приводит также к точной фиксации расположения образующихся валиков - в областях интерференционных минимумов - независимо от интенсивности лазерного излучения.
Напыляемая пленка может быть металлической, полупроводниковой, диэлектрической или полимерной.
Лазерное облучение подложки с пленкой может быть произведено в вакууме или атмосфере инертного газа.
Важным аспектом изобретения является тот факт, что форма и расположение одномерной самоформируемой наноструктуры задаются границами лазерного пятна, а в варианте с использованием двух лазерных пучков - расположением минимумов интерференционной картины, то есть решается проблема адресуемого расположения самоформируемой наноструктуры на подложке.
Таким образом, показано, что поставленная задача может быть решена с использованием предложенных изобретением технических решений.
Техническим результатом изобретения является создание способа адресуемого формирования одномерных тонкопленочных наноструктур типа нанопроволок и периодических решеток из нанопроволок на поверхности подложки; способ может быть применен при изготовлении устройств наноэлектроники и нанооптики.
Claims (5)
1. Способ формирования тонкопленочного рисунка на подложке, использующий лазерное локальное облучение предварительно нанесенной пленки, отличающийся тем, что облучение проводят в режиме импульсного двухфазного разрушения пленки, причем затем подложку подвергают равномерному поверхностному травлению на толщину, не меньшую толщины пленки на необлученных участках подложки.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что облучение проводят сфокусированным сканирующим лазерным лучом.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наносят на подложку островковую пленку.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что материал нанесенной пленки при расплавлении не растекается по подложке.
5. Способ формирования тонкопленочного рисунка на подложке, использующий лазерное локальное облучение предварительно нанесенной пленки, отличающийся тем, что облучение проводят одновременным воздействием двух когерентных лазерных лучей, формирующих на поверхности периодическую интерференционную картину, причем интенсивность облучения обеспечивает режим импульсного двухфазного локального разрушения пленки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015144415A RU2613054C1 (ru) | 2015-10-15 | 2015-10-15 | Способ формирования тонкоплёночного рисунка на подложке |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015144415A RU2613054C1 (ru) | 2015-10-15 | 2015-10-15 | Способ формирования тонкоплёночного рисунка на подложке |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2613054C1 true RU2613054C1 (ru) | 2017-03-15 |
Family
ID=58458058
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015144415A RU2613054C1 (ru) | 2015-10-15 | 2015-10-15 | Способ формирования тонкоплёночного рисунка на подложке |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2613054C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2734323C1 (ru) * | 2020-01-30 | 2020-10-15 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") | Способ текстурирования поверхностей деталей произвольной формы из углеродного материала |
RU2756777C1 (ru) * | 2020-12-28 | 2021-10-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук (ИЭЭ РАН) | Способ получения микроструктур на поверхности полупроводника |
RU2757323C1 (ru) * | 2021-03-21 | 2021-10-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования( ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет») | Способ получения нанолитографических рисунков с упорядоченной структурой со сверхразвитой поверхностью |
RU2786788C1 (ru) * | 2022-06-24 | 2022-12-26 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Способ формирования периодического рисунка на поверхности аморфных тонких пленок фазопеременных халькогенидных материалов |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2164706C1 (ru) * | 1999-11-15 | 2001-03-27 | Раховский Вадим Израилович | Способ формирования рельефа на поверхности функционального слоя |
RU2185648C1 (ru) * | 2001-03-13 | 2002-07-20 | Отделение перспективных лазерных технологий Института проблем лазерных и информационных технологий РАН | БЕЗМАСОЧНЫЙ СПОСОБ ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО РЕЛЬЕФА С ФАЗОВЫМИ СДВИГАМИ π НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ |
RU2252280C2 (ru) * | 2000-02-04 | 2005-05-20 | Сибирская государственная геодезическая академия (СГГА) | Способ профилирования тугоплавких и химически стойких материалов |
RU2284887C1 (ru) * | 2005-01-21 | 2006-10-10 | Валентин Николаевич Смирнов | Способ формирования рельефа на поверхности изделий |
RU2546719C1 (ru) * | 2013-12-05 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ФГБОУ ВПО "СГГА") | Способ получения рельефа на поверхности |
-
2015
- 2015-10-15 RU RU2015144415A patent/RU2613054C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2164706C1 (ru) * | 1999-11-15 | 2001-03-27 | Раховский Вадим Израилович | Способ формирования рельефа на поверхности функционального слоя |
RU2252280C2 (ru) * | 2000-02-04 | 2005-05-20 | Сибирская государственная геодезическая академия (СГГА) | Способ профилирования тугоплавких и химически стойких материалов |
RU2185648C1 (ru) * | 2001-03-13 | 2002-07-20 | Отделение перспективных лазерных технологий Института проблем лазерных и информационных технологий РАН | БЕЗМАСОЧНЫЙ СПОСОБ ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО РЕЛЬЕФА С ФАЗОВЫМИ СДВИГАМИ π НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ |
RU2284887C1 (ru) * | 2005-01-21 | 2006-10-10 | Валентин Николаевич Смирнов | Способ формирования рельефа на поверхности изделий |
RU2546719C1 (ru) * | 2013-12-05 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ФГБОУ ВПО "СГГА") | Способ получения рельефа на поверхности |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2734323C1 (ru) * | 2020-01-30 | 2020-10-15 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") | Способ текстурирования поверхностей деталей произвольной формы из углеродного материала |
RU2756777C1 (ru) * | 2020-12-28 | 2021-10-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук (ИЭЭ РАН) | Способ получения микроструктур на поверхности полупроводника |
RU2756777C9 (ru) * | 2020-12-28 | 2021-12-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук (ИЭЭ РАН) | Способ получения микроструктур на поверхности полупроводника |
RU2757323C1 (ru) * | 2021-03-21 | 2021-10-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования( ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет») | Способ получения нанолитографических рисунков с упорядоченной структурой со сверхразвитой поверхностью |
RU2786788C1 (ru) * | 2022-06-24 | 2022-12-26 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Способ формирования периодического рисунка на поверхности аморфных тонких пленок фазопеременных халькогенидных материалов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7482052B2 (en) | Method for processing by laser, apparatus for processing by laser, and three-dimensional structure | |
Öktem et al. | Nonlinear laser lithography for indefinitely large-area nanostructuring with femtosecond pulses | |
US8728720B2 (en) | Arbitrary pattern direct nanostructure fabrication methods and system | |
RU2613054C1 (ru) | Способ формирования тонкоплёночного рисунка на подложке | |
Kopitkovas et al. | Fabrication of micro-optical elements in quartz by laser induced backside wet etching | |
US7282456B2 (en) | Self-repair and enhancement of nanostructures by liquification under guiding conditions | |
JP2003181678A (ja) | 立体構造体の加工方法、立体形状品の製造方法、立体構造体の加工装置及び立体構造体 | |
Brodoceanu et al. | Fabrication of silicon nanowire arrays by near-field laser ablation and metal-assisted chemical etching | |
JPH0563274B2 (ru) | ||
TWI696880B (zh) | 以混合製程製造陰影遮罩的方法及以該方法製造的陰影遮罩 | |
Hong et al. | Laser assisted surface nanopatterning | |
Fowlkes et al. | Parallel assembly of particles and wires on substrates by dictating instability evolution in liquid metal films | |
KR100838344B1 (ko) | 펄스 레이저를 이용한 나노입자 패터닝 방법 | |
JP2006110587A (ja) | レーザー干渉加工方法および装置 | |
Lim et al. | Sub-micron surface patterning by laser irradiation through microlens arrays | |
US20130196083A1 (en) | Micropattern generation with pulsed laser diffraction | |
US11052486B2 (en) | Method and apparatus for producing a structure seed layer using a laser beam | |
RU2444084C1 (ru) | Способ образования на подложке упорядоченного массива наноразмерных сфероидов | |
RU2786788C1 (ru) | Способ формирования периодического рисунка на поверхности аморфных тонких пленок фазопеременных халькогенидных материалов | |
RU2574527C1 (ru) | Способ формирования полимерных шаблонов наноструктур разной геометрии | |
Lorenz et al. | Laser-induced large area sub-µm and nanostructuring of dielectric surfaces and thin metal layer | |
JP2005209817A (ja) | 金属配線形成方法および金属配線形成装置 | |
Cheong et al. | Direct removal of SU-8 using focused laser writing | |
WO2012102644A1 (ru) | Способ создания маски на поверхности подложки | |
Baal-Zedaka et al. | Diffractive optical elements written by photodeposition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201016 |