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La deposición inducida por haz de electrones enfocados (FEBID) y la deposición inducida por haz de iones enfocados (FIBID) son técnicas de escritura directa con ventajas en la fabricación tridimensional (3D) de nanoestructuras. Sin embargo, pocos informes han discutido las diferencias entre estos depósitos utilizando las mismas especies precursoras.
Estudio: Deposición de haz de iones enfocado frente a haz de electrones enfocado de nanoestructuras de siliciuro de cobalto utilizando precursores de fuente única: implicaciones para puertas nanoelectrónicas, interconexiones y espintrónica. Crédito: Unwind/Shutterstock.com
Un artículo publicado en la revista ACS Applied Nano Materials presentó un informe sobre la deposición de siliciuro de cobalto utilizando dos precursores de fuente única en la escritura de haces de iones de galio (Ga) y reveló que el sililenebis (tetracarbonilcobalto) (H2Si(Co(CO)4)2) fue un precursor adecuado de la técnica de escritura directa, con una proporción de 2:1 de cobalto (Co): silicio (Si) en el depósito.
Los depósitos de FIBID dieron como resultado un contenido de metal/metaloide del 90 % con (H2Si(Co-(CO)4)2) precursor, mientras que los depósitos FEBID con el mismo precursor produjeron material con menos del 60 % atómico de contenido de metal/metaloide. Así, usando FEBID, se obtuvo un depósito denso que exhibía propiedades eléctricas y comportamiento paramagnético como el metal granular.
Además, el material FIBID era poroso y exhibía las propiedades eléctricas y ferromagnéticas dependientes de la temperatura esperadas del siliciuro de dicobalto. Investigaciones posteriores indicaron diferentes vías de transformación de materiales dominantes basadas en las propiedades microestructurales descubiertas, tales como: B. la formación de burbujas en materiales derivados de FIBID. Por lo tanto, la aplicación de siliciuros de cobalto en nanoelectrónica y espintrónica puede verse influenciada por variaciones en las propiedades del material que dependen del proceso de deposición.
Fabricación de nanoestructuras vía FEBID/FIBID
Los nanomateriales a menudo se fabrican e integran a través de métodos de arriba hacia abajo utilizando técnicas de nanofabricación de alta resolución para diseñar nanopatrones y fabricar nanodispositivos. Entre estos métodos, los haces de partículas cargadas enfocados se utilizan a menudo para crear nanopatrones con una resolución extremadamente alta y para fabricar nanoestructuras bidimensionales (2D) mediante fresado con haz de iones enfocados (FIB) o litografía por haz de electrones (EBL).
Además, es posible escribir nanoestructuras con una forma y unas dimensiones adecuadas según la ubicación mediante el uso de haces de iones/electrones enfocados. Por lo tanto, estos métodos de escritura directa se desarrollaron para aplicaciones directas en entornos no especializados. Los precursores adsorbidos en la superficie deben fragmentarse para las escrituras FEBID y FIBID.
Los FEBID y FIBID no destructivos varían principalmente porque en el último proceso de deposición los iones se incorporan al material en crecimiento, se implantan en el sustrato y dañan el material del sustrato mediante amorfización o pulverización catódica localizada debido a la transferencia de momento iónico.
Durante FIBID, se eliminan los elementos más ligeros que son subproductos de la fragmentación de precursores y la eliminación parcial de ligandos. En este sentido, una nueva investigación en ciencia de superficies sobre la fragmentación de precursores sugiere que el bombardeo de iones produce depósitos con concentraciones de metales significativamente más altas. El número de iones o electrones y la concentración del precursor durante el proceso de depósito diferencian los regímenes de depósito tanto para FEBID como para FIBID.
Mientras que los siliciuros metálicos son compuestos intermetálicos con una amplia gama de propiedades magnéticas, electrónicas, catalíticas, ópticas y mecánicas, los siliciuros de cobalto son materiales prometedores en nanoelectrónica como puertas en dispositivos integrados, interconexiones y aplicaciones espintrónicas.
FEBID versus FIBID de nanoestructuras de siliciuro de cobalto
Informes anteriores han mencionado la generación de depósitos de mejor pureza utilizando técnicas de escritura directa basadas en iones en lugar de electrones. Los iones energéticos que inciden sobre una superficie para adsorber moléculas producen varios efectos que incluyen la disociación o desorción de las moléculas o la reacción entre las moléculas y el material del sustrato.
En este estudio, se evaluó la viabilidad de dos precursores de siliciuro de cobalto de fuente única en FIBID. Debido a las lentas tasas de crecimiento, las altas concentraciones de Ga asociadas y los fuertes efectos de pulverización catódica que generalmente conducen a variaciones en la estequiometría metal/metaloide, el sililenetetracarbonilcobalto (H3SiCo(CO)4) no funcionó bien en las circunstancias dadas.
Sin embargo H2Si(Co(CO)4)2 se convirtió en un precursor adecuado para FIBID mientras usaba el mismo precursor en material derivado de FEBID debido a las rápidas tasas de crecimiento con altas concentraciones de metal/metaloide de hasta el 90 % atómico y la retención de la relación metal/metaloide que ofrece el precursor reveló diferencias significativas en las propiedades físicas y microestructuras de los yacimientos.
El material FIBID era poroso y ferromagnético, y se observaron propiedades eléctricas dependientes de la temperatura, como los siliciuros de cobalto. A diferencia del material FIBID, FEBID produjo un depósito denso con las propiedades paramagnéticas y eléctricas de un metal granular.
Por lo tanto, basado en el enfoque de escritura directa, el presente trabajo mostró que moléculas precursoras idénticas pueden generar depósitos con diferentes propiedades físicas. La composición, la microestructura y las propiedades físicas de los materiales varían según el proceso de deposición de escritura directa, lo que afecta su uso en aplicaciones como interconexiones o puertas en nanoelectrónica y espintrónica.
Conclusión
En resumen, se probó la viabilidad de dos precursores de fuente única para siliciuros de cobalto en FIBID por primera vez. Se evaluaron los efectos de la corriente, la presión del precursor y el voltaje de aceleración sobre la composición de los depósitos.
Además, se investigaron las propiedades de transporte magnético y eléctrico de los nanodepósitos y se compararon con las del mismo material FEBID basado en precursores. Los resultados mostraron que la microestructura y las propiedades físicas de los depósitos dependen de la técnica utilizada para la conversión de molécula a material. Este estudio proporcionó información esencial que sugiere distintos canales de reacción para FEBID y FIBID, lo que da como resultado características microestructurales únicas.
Relación
Jungwirth, F. y otros. (2022). Haz de iones enfocado frente a deposición de haz de electrones enfocado de nanoestructuras de siliciuro de cobalto utilizando precursores de fuente única: implicaciones para puertas nanoelectrónicas, interconexiones y espintrónica. Nanomateriales aplicados ACS.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.2c03074
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