La technologie des faisceaux d'ions hélium (HIB) joue un rôle important dans les domaines extrêmes de la nanofabrication. En raison de sa haute résolution et de sa sensibilité, la technologie de nanofabrication HIB est largement utilisée pour modéliser des nanostructures en composants, dispositifs ou systèmes dans des applications de circuits intégrés, de sciences des matériaux, de nano-optique et de biosciences. La nanofabrication basée sur HIB comprend le fraisage à écriture directe, le dépôt induit par faisceau ionique et la lithographie à écriture directe sans avoir besoin de résister à l'assistance. Leurs applications à l'échelle nanométrique ont également été évaluées dans les domaines des circuits intégrés, des sciences des matériaux, de la nano-optique et des sciences biologiques.

Dans un nouvel article publié dans le International Journal of Extreme Manufacturing , une équipe de chercheurs, dirigée par le Dr Deqiang Wang du Chongqing Key Laboratory of Multi-scale Manufacturing Technology, Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Chinese Academy of Sciences, PR China, ont résumé en détail les processus extrêmes et les applications de la nanofabrication HIB .

L'objectif principal de cette revue est d'aborder les derniers développements de la technologie HIB avec leurs capacités de traitement extrêmes et leurs applications répandues dans la nanofabrication. Sur la base de l'introduction du système HIM avec GFIS, les caractéristiques de performance et les avantages de la technologie HIB ont été discutés en premier. Par la suite, certaines questions sur les processus extrêmes et les applications de la nanofabrication HIB ont été abordées :Combien de processus extrêmes et d'applications de la technologie HIB ont été développés en nanofabrication pour les circuits intégrés, les sciences des matériaux, la nano-optique et les applications bio-sciences ? Quels sont les principaux défis de la nanofabrication extrême avec la technologie HIB pour les applications à haute résolution et sensibilité ?

HIM présente les avantages d'une résolution et d'une sensibilité élevées pour les fabrications de nanostructures extrêmes. La nanofabrication basée sur HIB comprend le fraisage à écriture directe, le dépôt induit par faisceau ionique et la lithographie à écriture directe sans avoir besoin de résister à l'assistance. Leurs applications à l'échelle nanométrique ont également été évaluées dans les domaines des circuits intégrés, des sciences des matériaux, de la nano-optique et des sciences biologiques. Cette revue couvre principalement quatre applications thématiques des HIB :1) l'imagerie par microscopie à ions hélium (HIM) pour les échantillons biologiques et les semi-conducteurs; 2) Fraisage et gonflement HIB pour la fabrication de nanopores 2D/3D ; 3) dépôt induit par HIB pour les nanopiliers, les nanofils et les nanostructures 3D ; 4) écriture directe HIB supplémentaire pour les nanostructures de résine, de graphène et plasmoniques.

La technologie HIB est utilisée pour l'imagerie à contraste élevé et haute résolution de matériaux conducteurs, semi-conducteurs, isolants et d'échantillons biologiques. Bien que les ions entrent en collision avec l'échantillon cible, ce sera mieux que l'imagerie SEM conventionnelle. La technologie HIB ciblée présente des avantages distincts dans la nanofabrication, y compris les processus de fraisage pour le contrôle local de l'épaisseur et la fabrication de nanostructures dans des membranes autoportantes ou des matériaux en vrac. Cependant, l'amorphisation et l'implantation d'hélium peuvent endommager l'échantillon lors du broyage HIB sur des substrats en vrac. Par conséquent, l'optimisation de la dose d'ions, de l'énergie du faisceau et du débit de dose HIB est essentielle pour la manipulation de l'épaisseur locale et le contrôle de la précision de la topographie dans la fabrication de nanostructures. Le dépôt induit par faisceau ionique est une technologie de nanofabrication importante, qui peut modifier les propriétés des matériaux en fonction de l'interaction entre le faisceau ionique et les matériaux. Le développement du dépôt induit par HIB est une technique raisonnable et appropriée pour ces applications spécifiques de nanofabrication en raison de la masse légère des ions hélium et des propriétés électriques différentes entre l'hélium inerte et le gallium électroactif. En raison de la taille du spot inférieure au nanomètre, le HIB focalisé est utilisé comme un nouveau faisceau d'exposition d'écriture directe à haute résolution pour la nanofabrication. Selon sa haute résolution, son rendement SE élevé et son faible effet de proximité, l'écriture directe HIB est égale ou supérieure à la lithographie par faisceau d'électrons pour la fabrication de dispositifs nanoélectroniques. De plus, en raison de leur masse relativement faible, les ions hélium sont moins endommagés que d'autres particules telles que les électrons et les ions gallium pour les substrats cibles exposés.

Professor Deqiang Wang (Director of Chongqing Key Laboratory of Multi-scale Manufacturing Technology, CIGIT), Professor Wen-Di Li, Professor Wei Wu, Dr. Shixuan He, and Dr. Rong Tian have identified a few critical challenges in the extreme processes and applications of HIB nanofabrication as follows:

"For extreme nanofabrication, nanometer-scale nanopores that are beneficial for single base recognition of DNA/RNA sequences can be fabricated by HIB milling on thinned silicon nitride membrane or suspended graphene. Amorphization during the milling process promotes the formation of specific 3D nanopores, which can be used for potential nano-optics and bioscience applications."

"The chemical reaction of the precursor gas molecules adsorbed on the surface induced by HIB results in the direct deposition of programmed 3D structures at the nanoscale."

"HIB direct writing without resist-assisted is used to pattern sub-10-nm nanochannels, nanoribbons, and nanostructures for nanoscale functional devices."

"Both HIM imaging and HIB nanofabrication must take into account the inevitable damage which is caused by the collision between helium ions and probe substrate. HIB technology has a lower sputtering yield but can produce larger damage on the substrate in nanofabrication processing, such as bubbles, implantation, and amorphization. More in-depth theoretical research on the interaction mechanism between helium ions and materials has promoted the improvement of the processing capability of the extreme nanofabrication with HIB technology."

"The stability and repeatability of the HIB milling process will be enhanced to meet the requirements of sub-nanometer resolution and high-throughput fabrication in special applications. When optimizing the nanofabrication process, the positive or negative impact of helium ions bombardment on the material properties should be considered, so that HIB technology can be used to directly fabricate nanostructures with fewer defects and excellent performance."

"For direct-write HIB technique and HIB-induced deposition processes, the common challenge is to increase the complexity of nanostructures while maintaining the nanoscale feature size for the special applications. To increase the complexity of nanostructures and their applications in production, the direct writing process of HIB technology must be improved through careful optimization of parameters. Besides, the proximity effect should be also taken into consideration in the HIB direct writing and HIB-induced deposition processes."

Researchers have demonstrated that HIB technology will play an important role in extreme nanofabrication because it has the advantages of high sensitivity, resolution, and precision for direct writing milling, patterning, assisted-milling, and deposition processes with fewer damages to the samples. + Explorer plus loin

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