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(Noticias de Nanowerk) La tecnología de haces de iones de helio (HIB) desempeña un papel importante en las áreas extremas 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, ciencia de materiales, nanoóptica y ciencias de la vida.
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 el soporte. Sus aplicaciones a nanoescala también se han evaluado en los campos de los circuitos integrados, la ciencia de los materiales, la nanoóptica y las ciencias de la vida.
En un nuevo artículo publicado en el Revista internacional de fabricación extrema («Nanofabricación de haces de iones de helio: procesos y aplicaciones extremos»), un equipo de investigación 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, resumió exhaustivamente los procesos extremos y las aplicaciones de la nanofabricación HIB.
![texto](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61171_1.jpg)
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. Con base en la introducción del sistema HIM con GFIS, primero se discutieron las características y ventajas de la tecnología HIB. Después de eso, se abordaron preguntas específicas relacionadas con los procesos extremos y las aplicaciones de la nanofabricación HIB: ¿Cuántos procesos extremos y aplicaciones de la tecnología HIB se han desarrollado en nanofabricación para circuitos integrados, ciencia de materiales, nanoóptica y aplicaciones de ciencias de la vida? ¿Cuáles son los principales desafíos en la nanofabricación extrema con tecnología HIB para aplicaciones de alta resolución y sensibilidad?
HIM tiene las ventajas de una alta resolución y sensibilidad para fabricar 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 el soporte. Sus aplicaciones a nanoescala también se han evaluado en los campos de los circuitos integrados, la ciencia de los materiales, la nanoóptica y las ciencias de la vida.
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 HIB y fuentes 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 colisionan con la muestra objetivo, esto es mejor que las imágenes SEM tradicionales. 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 el fresado HIB en sustratos voluminosos. Por lo tanto, la optimización de la dosis de iones, la energía del haz y la tasa de dosis de HIB es crucial para la manipulación del espesor local y el control de la precisión topográfica en la fabricación de nanoestructuras.
La deposición inducida por haz de iones es una importante tecnología de nanofabricación 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 baja masa de iones de helio y las diferentes propiedades eléctricas entre el helio inerte y el galio electroactivo. Debido al tamaño del punto subnanómetro, el HIB enfocado se está utilizando como un nuevo haz de exposición de escritura directa de alta resolución para la nanofabricación.
Debido a la alta resolución, el alto rendimiento SE y el 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 su masa relativamente baja, los iones de helio sufren menos daño que otras partículas como los electrones y los iones de galio en los sustratos de destino expuestos.
Profesor Deqiang Wang (Director del Laboratorio Clave de Tecnología de Fabricación Multiescala de Chongqing, CIGIT), Profesor Wen-Di Li, Profesor Wei Wu, Dr. Shixuan Él y el Dr. Rong Tian ha identificado algunos desafíos críticos en los procesos y aplicaciones extremos de la nanofabricación HIB de la siguiente manera:
“Para la nanofabricación extrema, los nanoporos a escala nanométrica, que son beneficiosos para el reconocimiento de secuencias de ADN/ARN de base única, pueden fabricarse mediante fresado HIB en una membrana de nitruro de silicio adelgazada o grafeno suspendido. La amorfización durante el proceso de molienda promueve la formación de nanoporos 3D específicos que pueden explotarse para posibles aplicaciones en nanoóptica y ciencias de la vida”.
«La reacción química inducida por HIB de las moléculas de gas precursor adsorbidas en la superficie conduce a la deposición directa de estructuras a nanoescala 3D programadas».
«La escritura directa HIB sin soporte de resistencia se utiliza para modelar nanocanales, nanocintas y nanoestructuras de menos de 10 nm para dispositivos funcionales a nanoescala».
“Tanto la formación de imágenes HIM como la nanofabricación HIB deben tener en cuenta el daño inevitable causado por la colisión entre los iones de helio y el sustrato de la sonda. La tecnología HIB tiene un rendimiento de pulverización más bajo, pero puede causar un mayor daño en el sustrato en el procesamiento de nanofabricación, como B. burbujas, implantación y amorfización. Una investigación teórica más profunda sobre el mecanismo de interacción entre los iones de helio y los materiales ha estimulado la mejora de la capacidad de procesamiento de la nanofabricación extrema con tecnología HIB”.
“La estabilidad y la repetibilidad del proceso de fresado HIB se mejoran para cumplir con los requisitos de resolución subnanométrica y fabricación de alto rendimiento en aplicaciones especiales. La optimización del proceso de nanofabricación debe tener en cuenta los efectos positivos o negativos del bombardeo de iones de helio en las propiedades del material, de modo que la tecnología HIB se pueda utilizar para fabricar directamente nanoestructuras con menos defectos y un rendimiento excelente”.
“En la técnica de escritura directa HIB y los procesos de deposición inducida por HIB, el desafío común es aumentar la complejidad de las nanoestructuras manteniendo el tamaño de la estructura a nanoescala para las aplicaciones específicas. Para aumentar la complejidad de las nanoestructuras y sus aplicaciones en la producción, es necesario mejorar el proceso de escritura directa de la tecnología HIB mediante una cuidadosa optimización de los parámetros. Además, el efecto de proximidad también debe tenerse en cuenta en los procesos de deposición inducida y escritura directa de HIB”.
Los investigadores han demostrado que la tecnología HIB desempeñará un papel importante en la nanofabricación extrema, ya que ofrece las ventajas de una alta sensibilidad, resolución y precisión para los procesos de escritura directa, fresado, modelado, fresado asistido y deposición con menos daño a las muestras.
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