A tecnologia de feixe de íons de hélio (HIB) desempenha um papel importante nos campos extremos da nanofabricação. Devido à alta resolução e sensibilidade, a tecnologia de nanofabricação HIB é amplamente utilizada para padronizar nanoestruturas em componentes, dispositivos ou sistemas em aplicações de circuitos integrados, ciências dos materiais, nano-óptica e biociências. A nanofabricação baseada em HIB inclui fresagem de gravação direta, deposição induzida por feixe de íons e litografia de gravação direta sem a necessidade de resistir à assistência. Suas aplicações em nanoescala também foram avaliadas nas áreas de circuitos integrados, ciências dos materiais, nano-óptica e ciências biológicas.
Em um novo artigo publicado no International Journal of Extreme Manufacturing , uma equipe de pesquisadores, liderada pelo Dr. Deqiang Wang do Chongqing Key Laboratory of Multi-scale Manufacturing Technology, Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Chinese Academy of Sciences, PR China, resumiu de forma abrangente os processos extremos e aplicações da nanofabricação HIB .

O principal objetivo desta revisão é abordar os mais recentes desenvolvimentos na tecnologia HIB com suas capacidades extremas de processamento e amplas aplicações em nanofabricação. Com base na introdução do sistema HIM com GFIS, as características de desempenho e vantagens da tecnologia HIB foram discutidas primeiro. A partir daí, algumas questões sobre os processos extremos e aplicações da nanofabricação HIB foram abordadas:Quantos processos extremos e aplicações da tecnologia HIB foram desenvolvidos em nanofabricação para circuitos integrados, ciências dos materiais, nano-óptica e aplicações de biociências? Quais são os principais desafios na nanofabricação extrema com tecnologia HIB para aplicações de alta resolução e sensibilidade?

HIM tem as vantagens de alta resolução e sensibilidade para fabricações de nanoestruturas extremas. A nanofabricação baseada em HIB inclui fresagem de gravação direta, deposição induzida por feixe de íons e litografia de gravação direta sem a necessidade de resistir à assistência. Suas aplicações em nanoescala também foram avaliadas nas áreas de circuitos integrados, ciências dos materiais, nano-óptica e ciências biológicas. Esta revisão cobre principalmente quatro aplicações temáticas do HIB:1) imagem de microscopia de íons de hélio (HIM) para amostras biológicas e semicondutores; 2) moagem e inchamento HIB para fabricação de nanoporos 2D/3D; 3) deposição induzida por HIB para nanopilares, nanofios e nanoestruturas 3D; 4) escrita direta HIB adicional para resist, grafeno e nanoestruturas plasmônicas.

A tecnologia HIB é usada para imagens de alto contraste e alta resolução de materiais condutores, semicondutores, isolantes e amostras biológicas. Embora os íons colidam com a amostra alvo, será melhor do que a imagem SEM convencional. A tecnologia HIB focada tem vantagens distintas na nanofabricação, incluindo processos de moagem para controle de espessura local e fabricação de nanoestruturas em membranas independentes ou materiais a granel. No entanto, a amorfização e a implantação de hélio podem causar danos à amostra durante a moagem HIB em substratos a granel. Portanto, a otimização da dose de íons, energia do feixe e taxa de dose de HIB é fundamental para a manipulação da espessura local e controle da precisão da topografia na fabricação de nanoestruturas. A deposição induzida por feixe de íons é uma importante tecnologia de nanofabricação, que pode modificar as propriedades dos materiais de acordo com a interação entre o feixe de íons e os materiais. O desenvolvimento da deposição induzida por HIB é uma técnica razoável e apropriada para essas aplicações específicas de nanofabricação devido à massa leve dos íons de hélio e às diferentes propriedades elétricas entre o hélio inerte e o gálio eletroativo. Devido ao tamanho do ponto subnanométrico, o HIB focado é empregado como um novo feixe de exposição de escrita direta de alta resolução para nanofabricação. De acordo com sua alta resolução, alto rendimento SE e baixo efeito de proximidade, a escrita direta HIB é igual ou melhor que a litografia por feixe de elétrons para fabricação de dispositivos nanoeletrônicos. Além disso, devido à massa relativamente baixa, os íons de hélio são menos danificados do que outras partículas, como elétrons e íons de gálio para substratos alvo expostos.

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. + Explorar mais

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