프로브 리토그래피 스캔

Scanning probe lithography

스캐닝 프로브 석판화[1](SPL)는 스캐닝 프로브를 사용하여 나노 크기의 재료를 패턴화하는 나노 석판화 방법을 설명한다. 그것은 회절 한계를 우회하여 10 nm 이하의 해상도에 도달할 수 있는 직접 쓰기, 마스크가 없는 접근법이다.[2] 학술 및 연구 환경에서 흔히 사용되는 석판 기술 대안으로 꼽힌다. 스캐닝 프로브 석판화라는 용어는 1980년대 말 스캐닝 프로브 현미경(SPM)을 사용한 최초의 패터닝 실험 이후에 만들어졌다.[3]

분류

SPL에 대한 다른 접근방식은 재료의 추가 또는 제거, 화학적 또는 물리적 공정의 일반적 특성 또는 패터닝 프로세스에 사용되는 프로브-표면 상호작용의 구동 메커니즘(기계적, 열적, 확산적 및 전기적)에 따라 분류할 수 있다.

개요

기계/열-기계

기계적 스캐닝 프로브 리토그래피(m-SPL)는 열을 가하지 않고 나노 스캐닝 또는 나노 스캐칭[4] 탑다운 접근방식이다.[5] 열-기계 SPL은 기계적 힘으로 열을 가한다. 예를 들어 밀리페데 메모리에서 중합체의 움푹 들어간 경우.

열적

주요 기사: 열 스캐닝 프로브 리토그래피

열 스캐닝 프로브 리토그래피(t-SPL)는 상당한 기계적 힘을 가하지 않고 표면에서 물질을 효율적으로 제거하기 위해 열 스캐닝 프로브를 사용한다. 패터닝 깊이는 고해상도 3D 구조를 만들기 위해 제어할 수 있다.[6][7]

열화학

주요 기사: 열화학 나노석석학

열화학 스캐닝 프로브 리토그래피(tc-SPL) 또는 열화학 나노염석학(TCNL)은 스캐닝 프로브 팁을 사용하여 열활성 화학 반응을 유도하여 화학적 기능이나 표면의 위상을 변화시킨다. 이러한 열활성 반응은 단백질,[8] 유기 반도체,[9] 전기 발광성 결합 중합체,[10] 나노리본 저항기에서 나타났다.[11] 또한 기능 그룹의[12] 제제(때로는 온도 구배[13] 포함), 산화물 감소,[14] 압전/발전 세라믹스의[15] 결정화 등이 입증되었다.

딥펜/열 딥펜

주요기사 : 딥펜 나노석기법

딥펜 스캐닝 프로브 리토그래피(dp-SPL) 또는 딥펜 나노리토그래피(DPN)는 확산에 기반한 스캐닝 프로브 리토그래피 기법으로 팁을 채용해 다양한 액상 잉크를 증착해 다양한 물질에 패턴을 만든다.[16][17][18] 열 딥펜 스캐닝 프로브 석판화 또는 열 딥펜 나노석판화술(TDPN)은 사용 가능한 잉크를 고형물로 확장하여 프로브를 예열할 때 액체 형태로 침전시킬 수 있다.[19][20][21]

산화

주요 기사: 국소 산화 나노석기법

산화 스캐닝 프로브 리토그래피(o-SPL), 국소 산화 나노 산화(LON), 스캐닝 프로브 산화, 나노 산화, 국소 음극 산화, AFM 산화 리토그래피는 산화 반응의 공간적 억제에 기초한다.[22][23]

치우침 유도

바이어스 유도 스캐닝 프로브 리토그래피(b-SPL)는 팁과 샘플 사이에 전압을 가할 때 프로브 팁의 정점에 생성되는 높은 전기장을 사용하여 표면에 물질을 국소적으로 축적 및 재배하기 위해 가스나[24] 액체를[2][25] 분해하는 다양한 화학 반응을 촉진하고 구속한다.

유도 전류

b-SPL의 높은 전기장 외에 전류 유도 스캐닝 프로브 리토그래피(c-SPL)에서는 SPM 팁에서 나오는 집중 전자 전류를 사용하여 예를 들어 폴리머와[26] 분자 유리 등에서 나노패턴을 생성한다.[27]

자석

자기 SPL 기법으로 자주 묘사되는 강자성 구조물에 자기화 패턴을 쓰도록 다양한 스캐닝 프로브 기법이 개발되었다. 열 보조 자기 스캐닝 프로브 리토그래피(tam-SPL)[28]는 열성 스캐닝 프로브를 외부 자기장이 존재하는 상태에서 교환 편향 강자성층의 국소 열 및 냉각 영역에 채택하여 작동한다. 이로 인해 노출 부위의 이력 루프가 변화하여, 노출되지 않은 부위와 다른 방향으로 자성을 고정시킨다. 핀이 꽂힌 부위는 냉각 후 외부 장 존재에서도 안정되어 강자성층의 자화 속으로 임의의 나노패턴이 쓰일 수 있게 된다.

인공 스핀 얼음과 같이 서로 상호작용하는 강자성 나노섬의 배열에서 스캐닝 프로브 기법은 개별 섬의 자성을 국소적으로 역전시켜 임의의 자성 패턴을 작성하는 데 사용되어 왔다. 위상학적 결함 주도 자기 쓰기(TMW)[29]는 자석 스캐닝 프로브의 2극장을 사용해 개별 강자성 섬의 자기화장에 위상학적 결함을 유도한다. 이러한 위상학적 결함은 섬 가장자리와 상호 작용하여 섬멸하여 자기화가 역전되도록 한다. 이와 같은 자기장 패턴을 작성하는 또 다른 방법은 나노섬의 개폐장 조금 아래에 있는 외부 자기장을 적용하고 자기장 스캐너를 사용하여 선택된 섬들의 자기장을 역전시키는 데 필요한 자기장 강도를 국소적으로 상승시키는 자기장 지지력 현미경 패터닝이다.[30]

계면체 Dzyalosinskii-Moriya 상호작용이 자기 스카리미온이라고 알려진 자기질감을 안정시키는 자기계통에서는 스캐닝 프로브 자기 나노석학이 스카리미온과 스카리미온 격자를 직접 쓰는 데 이용되었다.[31][32]

다른 석판 기법과의 비교

직렬 기술인 SPL은 광석학이나 나노 인쇄 석판술에 비해 본질적으로 속도가 느리지만 대량 조립에 필요한 병렬화는 대규모 시스템 엔지니어링 노력(Milipede memory 참조)으로 간주된다. 분해능은 SPL 방식이 광석학 방식과 비교했을 때 스캐닝 프로브 사용으로 인해 광학적 회절 한계를 우회한다. 일부 프로브에는 현장 계측 기능이 통합되어 있어 쓰기 프로세스 중에 피드백을 제어할 수 있다.[33] SPL은 e-빔이나 EUV 석판화와는 달리 초고진공(UHV)이 필요 없이 주변 대기 조건에서 작동한다.

참조

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