Ensembles dynamiques moléculaires. Exemple de configuration initiale de diamant 20 nm. b–f Cinq ensembles après simulation 50 picoseconde. Crédit :Microsystèmes &Nano-ingénierie, doi:10.1038/s41378-020-00225-y
Applications à l'échelle nanométrique dans l'énergie, l'optique et la médecine ont amélioré les performances avec des structures en forme de nano. De telles architectures peuvent être fabriquées à haut débit au-delà des capacités de la lithographie optique avancée. Dans un nouveau rapport sur Microsystèmes et nano-ingénierie , Anushman Cherala et une équipe de recherche de l'Université du Texas à Austin Texas, NOUS., étendu la lithographie par nanoimpression et étendu le cadre de simulation précédent pour améliorer la rétention de forme en faisant varier la formule de réserve et en introduisant de nouvelles structures de pont lors de l'impression de nanoforme. L'étude de simulation a démontré des approches viables pour l'impression nanométrique avec une bonne rétention de forme assortie de données expérimentales.
Utilisation d'une nanoforme en forme de diamant pour former un nœud de mémoire vive dynamique (DRAM) à demi-pas et compréhension de la réticulation dans des structures nanométriques
Dans ce travail, l'équipe de recherche a développé un modèle atomistique pour étudier la rétention de forme des formulations de résist utilisées pour les techniques de nanofabrication. Applications à travers le stockage d'énergie, photonique nanométrique, la mémoire magnétique multibit et les bionanoparticules nécessitent une structuration à haut débit et un contrôle de forme complexe à l'échelle nanométrique. La lithographie optique est une technique clé de nanofabrication, où une résolution plus élevée, des motifs de grande surface peuvent être formés en complétant la photolithographie avec des techniques de double motif auto-aligné ainsi que de multiples étapes de gravure par lithographie. La lithographie par impression, y compris la lithographie par jet et par flash, peut permettre une structuration de grandes surfaces à un demi-pas inférieur au nanomètre avec le potentiel de modeler des structures lithographiques, y compris les dispositifs à semi-conducteurs et les disques durs. Des matériaux de réserve réticulés peuvent être utilisés dans de telles techniques sous rayonnement ultraviolet (UV). En utilisant des simulations de relaxation de résist après réticulation UV et séparation de matrice, les scientifiques des matériaux ont identifié les propriétés de résistance à l'échelle nano comme une limitation de la rétention de forme.
Pourcentage de réticulation en fonction de la taille. (a) Nanoforme croisée et (b) nanoforme en diamant. Crédit :Microsystèmes &Nano-ingénierie, doi:10.1038/s41378-020-00225-y
Les scientifiques peuvent utiliser diverses techniques pour améliorer la rétention de forme dans les nanostructures, notamment la compensation de gravure et l'ajout de fonctionnalités de sous-résolution. Pour étudier le comportement des coins de structures nanoformées, Cherala et al. donc préparé cinq structures diamantées uniques de 20 nm. Les constructions représentaient une conception de condensateur à tranchée profonde de mémoire vive dynamique (DRAM) à demi-pas. La qualité de réticulation de la réserve a influencé le module et la résistance du matériau dans la réserve à travers la nanoforme. L'équipe a utilisé la dynamique moléculaire pour estimer la qualité et l'uniformité de la réticulation en fonction de la forme et de la taille de la caractéristique. Ils ont ensuite calculé le pourcentage de réticulation sur la base du nombre d'atomes de carbone avec des liaisons simples nouvellement formées après réticulation. Au fur et à mesure que la taille de la nanoforme est réduite, la qualité de réticulation s'est dégradée et n'a pas atteint la valeur de réticulation en masse.
Distribution spatiale de l'efficacité de réticulation. (a) La distribution des atomes de carbone à double liaison dans la nanoforme de diamant avant et après la liaison, (b) l'efficacité de réticulation au sein de la nanoforme de diamant, (c) le long des axes centraux, (d) la distribution des atomes de carbone à double liaison dans la nanoforme croisée avant et après la liaison, et (e) l'efficacité de réticulation dans la nanoforme croisée. Crédit :Microsystèmes &Nano-ingénierie, doi:10.1038/s41378-020-00225-y
Efficacité de liaison par rapport à la structure de nanoforme et à la conception informatique de la réserve pour les structures de nanoforme
La réticulation dépendait fortement de l'emplacement dans la nanoforme d'intérêt. En utilisant la structure en diamant, Cherala et al. ont montré des niveaux de réticulation similaires à ceux de la masse avec des coins fortement dégradés. Sur la base des informations de ce pourcentage de réticulation, l'équipe a prédit des formes difficiles à réaliser. Ils ont ensuite étudié la composition de la réserve d'empreinte et utilisé un cadre de dynamique moléculaire (MD) pour comprendre la formulation de la réserve elle-même. La formulation de réserve se composait de trois molécules de monomère d'acrylate, y compris l'acrylate d'hexyle, acrylate d'isobornyle, et le diacrylate d'éthylène glycol comme agent de réticulation. L'équipe a noté une corrélation entre la proportion de l'agent de réticulation dans la réserve et le pourcentage de réticulation. Des quantités plus élevées de réticulant dans la configuration ont conduit à une réticulation plus rapide, le procédé pourrait également réduire le pourcentage de réticulation. L'outil de conception de dynamique moléculaire utilisé dans ce travail a permis l'étude efficace des agents de réticulation lors de la formation de structures nanoformes croisées et diamantées. L'équipe a choisi la taille de nanoforme croisée et deux formulations de résistance avec 10 pour cent et 40 pour cent d'agents de réticulation. Ensuite, ils ont simulé la réticulation avec chaque nouvelle formulation de réserve pour analyser les effets sur le pourcentage de réticulation. Une densité d'agent de réticulation accrue a permis une efficacité de liaison améliorée. Cette méthode peut être répétée pour chaque nouvelle considération de conception de nanoforme afin de conserver les nanoformes.
Résistez à la réticulation dans les nanoformes. Réticulation en fonction de l'agent de réticulation et de la taille de réticulation. Crédit :Microsystèmes &Nano-ingénierie, doi:10.1038/s41378-020-00225-y
Amélioration de la rétention de forme à l'aide de structures sacrificielles et de l'effet des épaisseurs de couche résiduelles
Lors du développement d'un angle aigu à l'échelle nanométrique lors de la fabrication du diamant, les chercheurs ont souvent utilisé une conception basée sur la gravure par ions réactifs pour la rétention de nanoforme. En utilisant des structures de ponts sacrificiels, Cherala et al. a montré comment l'inefficacité de liaison existante pouvait être surmontée dans l'installation. De cette façon, Anushman Cherala et ses collègues ont apporté des améliorations à la géométrie des nanostructures à motifs en utilisant des structures sacrificielles et des formulations de résistance améliorées pour une meilleure rétention de la forme. Ils ont effectué des études de dynamique moléculaire de la réticulation dans des nanoformes en fonction de la taille et de la forme pour indiquer comment l'étendue de la réticulation a diminué en dessous d'une taille seuil spécifique. Par exemple, lorsque le pourcentage de réticulation était spécifiquement plus faible près des bords des nanoformes, ils ont utilisé des ponts sacrificiels, pour améliorer encore la rétention de forme. De cette façon, ce travail fournit des informations sur l'impression de nanoformes à travers des structures à demi-pas à l'échelle sub-nano.
Modèle MD de nanoforme croisée avec couche de réserve résiduelle. Section transversale de dix nanomètres d'épaisseur à la base de la nanoforme du trou croisé représentée schématiquement en rouge (en haut) et le modèle MD avant et après relaxation. Crédit :Microsystèmes &Nano-ingénierie, doi:10.1038/s41378-020-00225-y
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