Новый бесконтактный метод гравировки травлением изобретен исследователями Гарвардского Университета (Harvard University) и Массачусеттского Института Технологии (MIT). Новый метод, в котором используется пучок ионов гелия, является прямым и не требует ни резиста, ни операций химического или плазменного травления.

Метод продемонстрирован при гравировке графена, где достигнуто разрешение 10 нм. Графен – слой атомов углерода, соединённых в гексагональную двумерную кристаллическую решётку. Его можно представить как одну плоскость графита, отделённую от объёмного кристалла. Этот материал давно привлекает внимание ученых и инженеров благодаря уникальным механическим и электронным свойствам, которые делают его полезным при изготовлении многих электронных устройств – от транзисторов до детекторов одиночных молекул.

В большинстве случаев экспериментаторы изготавливали изделия из графеновых нанолент или квантовых точек используя методы электронно-лучевой литографии, которые включают в себя обязательную фазу реактивного ионного травления. Такие структуры имеют, как правило, размеры порядка 5–50 нм, и, хотя сами методы хороши для изготовления изделий с размерами порядка атомарных, тем не менее, очень часто их использование приводит к повреждению материала. Например, резистовые маски повреждают края графеновых слоев, а частым результатом химических реакций травления являются хлопьевидные образования нерегулярной формы, что совершенно неприемлемо для интегральных схем.

Исследователи из объединенной группы Гарвардского Университета и Массачусеттского Института Технологии нашли приемлемое решение. Ученые использовали гелиевый ионный микроскоп в качестве литографического инструмента для гравирования наноструктур в графене. Пучок ионов гелия имеет субнанометровое поперечное сечение, что обеспечивает разрешение в изображении порядка 0,5 нм или выше, будучи превосходным результатом для прецизионной литографии. Безусловно, одним из самых важных достоинств нового метода применительно к обработке графена является его бесконтактность.

Результаты исследований опубликованы на сайте arXiv (Etching of Graphene Devices with a Helium Ion Beam).

Авторы изобретения: Макс Лемме (Max Lemme) и Дэвид Белл (David Bell) в лаборатории

Экспериментальное оборудование для ионного гравирования

По оценке авторов, в настоящее время новая технология, предложенная в данной работе, является единственным прямым методом модификации одиночных слоев атомарной толщины без существенного повреждения областей материала, окружающих зону обработки и на практике способная предложить разрешение менее 10 нм.

Согласно мнению исследователькой команды, метод в сегодняшнем исполнении уже может быть использован для изготовления быстродействующих электронных устройств и имеет хороший потенциал для дальнейших исследований его применимости в ряде других областей.

Евгений Биргер