La tecnología de haz de iones de helio (HIB) juega un papel importante en los campos extremos de la nanofabricación. Debido a la alta resolución y sensibilidad, la tecnología de nanofabricación HIB se usa ampliamente para modelar nanoestructuras en componentes, dispositivos o sistemas en aplicaciones de circuitos integrados, ciencias de los materiales, nanoóptica y biociencias. La nanofabricación basada en HIB incluye fresado de escritura directa, deposición inducida por haz de iones y litografía de escritura directa sin la necesidad de resistir la asistencia. Sus aplicaciones a nanoescala también se han evaluado en las áreas de circuitos integrados, ciencias de los materiales, nanoóptica y ciencias biológicas.

En un nuevo artículo publicado en el International Journal of Extreme Manufacturing , un equipo de investigadores, dirigido por el Dr. Deqiang Wang del Laboratorio Clave de Tecnología de Fabricación Multiescala de Chongqing, Instituto de Tecnología Verde e Inteligente de Chongqing, Academia de Ciencias de China, República Popular China, ha resumido exhaustivamente los procesos extremos y las aplicaciones de la nanofabricación HIB .

El objetivo principal de esta revisión es abordar los últimos desarrollos en tecnología HIB con sus capacidades de procesamiento extremas y aplicaciones generalizadas en nanofabricación. Sobre la base de la introducción del sistema HIM con GFIS, las características de rendimiento y las ventajas de la tecnología HIB se han discutido primero. A partir de entonces, se han abordado ciertas preguntas sobre los procesos y aplicaciones extremos de la nanofabricación HIB:¿Cuántos procesos y aplicaciones extremos de la tecnología HIB se han desarrollado en nanofabricación para aplicaciones de circuitos integrados, ciencias de materiales, nanoóptica y biociencias? ¿Cuáles son los principales desafíos en la nanofabricación extrema con tecnología HIB para aplicaciones de alta resolución y sensibilidad?

HIM tiene las ventajas de alta resolución y sensibilidad para fabricaciones de nanoestructuras extremas. La nanofabricación basada en HIB incluye fresado de escritura directa, deposición inducida por haz de iones y litografía de escritura directa sin la necesidad de resistir la asistencia. Sus aplicaciones a nanoescala también se han evaluado en las áreas de circuitos integrados, ciencias de los materiales, nanoóptica y ciencias biológicas. Esta revisión cubre principalmente cuatro aplicaciones temáticas de HIB:1) imágenes de microscopía de iones de helio (HIM) para muestras biológicas y semiconductores; 2) fresado e hinchado HIB para la fabricación de nanoporos 2D/3D; 3) deposición inducida por HIB para nanopilares, nanocables y nanoestructuras 3D; 4) escritura directa HIB adicional para nanoestructuras resistentes, de grafeno y plasmónicas.

La tecnología HIB se utiliza para obtener imágenes de alta resolución y alto contraste de materiales conductores, semiconductores, aislantes y muestras biológicas. Aunque los iones colisionen con la muestra objetivo, será mejor que las imágenes SEM convencionales. La tecnología HIB enfocada tiene claras ventajas en la nanofabricación, incluidos los procesos de fresado para el control del espesor local y la fabricación de nanoestructuras en membranas independientes o materiales a granel. Sin embargo, la amorfización y la implantación de helio pueden dañar la muestra durante la molienda HIB en sustratos a granel. Por lo tanto, la optimización de la dosis de iones, la energía del haz y la tasa de dosis de HIB es fundamental para la manipulación del espesor local y el control de la precisión de la topografía en la fabricación de nanoestructuras. La deposición inducida por haz de iones es una tecnología de nanofabricación importante, que puede modificar las propiedades de los materiales según la interacción entre el haz de iones y los materiales. El desarrollo de la deposición inducida por HIB es una técnica adecuada y razonable para estas aplicaciones específicas de nanofabricación debido a la masa ligera de iones de helio y las diferentes propiedades eléctricas entre el helio inerte y el galio electroactivo. Debido al tamaño del punto subnanométrico, el HIB enfocado se emplea como un nuevo haz de exposición de escritura directa de alta resolución para la nanofabricación. De acuerdo con su alta resolución, alto rendimiento SE y bajo efecto de proximidad, la escritura directa HIB es igual o mejor que la litografía por haz de electrones para la fabricación de dispositivos nanoelectrónicos. Además, debido a la masa relativamente baja, los iones de helio se dañan menos que otras partículas como los electrones y los iones de galio para los sustratos objetivo expuestos.

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. + Explora más

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