Die kontinuierliche Verkleinerung der Strukturen von Prozessoren und anderen elektrotechnischen Bauteilen verlangt nach neuen Herstellungsverfahren, um die Leistungsfähigkeit dieser Bauelemente weiter zu erhöhen. Elektronenstrahllithographie ist eine Technik, mit der bereits heute Strukturen im Bereich weniger Nanometer relativ kostengünstig hergestellt werden können.
Dabei werden die gewünschten Strukturen mittels eines Elektronenstrahles, der in einer evakuierten Säule erzeugt, mit elektronenoptischen Elementen geführt und durch eine Ablenkeinheit über das zu strukturierende Material bewegt werden kann, direkt auf dieses geschrieben. Die Verwendung dieser Technik im industriellen Maßstab ist allerdings durch die relativ lange Schreibzeit begrenzt, wodurch eine effiziente Fertigung großer Stückzahlen verhindert wird. Eine Möglichkeit, die Fertigungszeiten zu verkürzen, besteht darin, die einzelnen Säulenelemente zu miniaturisieren und viele solcher Mikrosäulen parallel zu betreiben, um die gewünschten Strukturen zu schreiben. Des Weiteren können solche Arrays von Mikrosäulen, ausgerüstet mit Detektoren, auch zur schnellen Inspektion von nanostrukturierten Bauteilen während der Herstellung eingesetzt werden. Die einzelnen Komponenten solcher Mikrosäulen sind dabei so klein, dass sie nicht mehr mechanisch, sondern mit MEMS-Technologie hergestellt werden. Im Rahmen dieser Zielsetzung befasst sich unsere Forschungsgruppe in Zusammenarbeit mit anderen Forschungsinstituten und Industriepartnern mit -
Miniaturisierung der einzelnen Säulenelemente -
Miniaturisierung der einzelnen Säulenelemente -
Integration der Mikrosäulen in Arrays parallel arbeitender Säulen -
Entwicklung neuer Designs und Techniken zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Mikrosäulen wie z.B. Vergrößerung der Strahlablenkung bei gleich bleibendem Strahldurchmesser -
Entwicklung von miniaturisierten Detektoren -
Entwicklung von miniaturisierten Hochleistungselektronenquellen basierend auf Carbon Nanotubes -
Herstellungsverfahren für die Säulenelemente -
Entwicklung von Software und Elektronik zum Betreiben und Steuern der Komponenten. Um die Leistungsfähigkeit von Mikrosäulen weiter zu erhöhen, sind Elektronenquellen mit einem extrem hohen Richtstrahlwert, niedriger Energiebreite, kleiner Quellgröße und hoher Emissionsstabilität nötig. Die benötigten Spezifikationen konnten von herkömmlichen Elektronenemittern wie z.B. Feldemittern aus Wolframspitzen, bis jetzt nicht erreicht werden. Des Weiteren sollten die Elektronenquellen für Mikrosäulen effizient herstellbar sein.
Unsere Gruppe verfolgt deshalb die Nutzung von Carbon Nanotubes (CNT) als Feldemitter. Im Rahmen einer Diplomarbeit sollen zunächst individuelle CNTs auf strukturiertem Substrat in einem Chemical Vapor Deposition (CVD) Prozess hergestellt und auf ihre Emitterleistung hin untersucht werden. In einem zweiten Schritt sollen diese CNT-Emitter mit elektronenoptischen Elementen kombiniert werden, um den emittierten Elektronenstrahl gezielt in seinen Eigenschaften definieren und steuern zu können.   
Links: Schematischer Aufbau einer Mikrosäule im Querschnitt
Rechts: Simulation einer Einzellinse mit Doppelablenker  
Links: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme zweier Oktupol-Ablenker
Rechts: Kohlenstoff-Nanoröhren auf Elektrode Literatur:
W. I. Milne et al., J. Mater. Chem. 14, 933 (2004)
V. Semet et al., Appl. Phys. Let. 81(2), 343 (2002)
N. de Jonge et al., Nature 420, 393 (2002)
N. de Jonge et al., Ultramicroscopy 95, 85 (2003)
N. de Jonge et al., Adv. Mater. 17(4), 451 (2005)
S.T. Purcell et al., Phys. Rev. Let. 88(10), 105502 (2002)
E. Mioux et al., Nano Letters 5(14), 2135 (2005) |
