Conformal thin-film patterning via crack engineering

QC 20261009

Abstract

Många nanoskaliga komponenter bygger på noggrant mönstrade strukturer. Konventionella nanofabrikationsmetoder definierar ofta dessa strukturer direkt, vilket medför en avvägning mellan upplösning, produktionstakt och kostnad. Sprickdefinierad mönstring erbjuder ett alternativ: litografi kan i stället programmera en mekanisk instabilitet som skapar nanostrukturen. Etablerade sprickmetoder belastar vanligen tunna filmer i planet, vilket driver kanalsprickor lateralt. Denna avhandling utvecklar en distinkt metod driven avspänningar ut ur planet. En litografiskt placerad aktuator skalar av filmen från substratet och avlägsnar material. Litografin definierar den mekaniska geometrin och aktuatorns position, medan elastisk energi och frigörelse bestämmer strukturen. Metoden omfattar 0Dnanoporer, 1D-nanospringor och konforma mönster på 3D-ytor. Den första delen utvecklar spänningsinducerad rivning. Nanoporer i fasta material, som främst används för detektion av enskilda molekyler, kräver öppningar på några nanometer som är svåraatt definiera direkt i skivskala. En förspänd balk, definierad medi-linjelitografi, drar ut ett fragment ur ett ultratunt membran ochbildar nanoporer under 10 nm parallellt. Lockförsedda nanoporer behåller fragmentet som ett självjusterat lock och når ner till 4 nm. Styrd självrivning utvidgar rivningen till programmerade sprickbanor och strukturer under 20 nm i 0D-, 1D- och böjda 2D-mönster. Den andra delen utvidgar metoden till 3D-ytor, där jämn resistbeläggning och exponering är svåra att uppnå. Scaffold-arkitekteradavlyftning (SALO) använder 3D-printade offerscaffolder som frigörs med ultraljud för att mönstra konforma filmer, inklusive ALDbeläggningar, på lutningar upp till 90◦, med strukturer ner till 50 nmoch flera material mönstrade i följd. Den avslutande delen utvärderar nanoporerna i komponenter. Rivna nanoporer detekterar DNA-translokation via jonström ochger, efter metallisering, SERS-avläsning. Lockförsedda plasmoniska nanoporer uppvisar en optisk respons som varierar med por- och lockgeometrin. En plattform med nanopor, självjusterad femtolitervolym och elektrod uppvisar translokation och tillfällig dockning, dock inte direkt molekylär vistelse. En fluidisk memristorrespons jämförs med ett simulerat polymerförsett koncept. Sammantaget bestäms strukturstorleken vid planär mönstring avdet mekaniska tillståndet när materialet lossnar, snarare än av exponeringsljusets våglängd: strukturer i mikrometerskala, definierade med i-line-litografi, kan generera strukturer som är två storleksordningar mindre, parallellt över en wafer. Att avlägsna material normaltmot ytan överför dessutom den upplösning som definieras av stödstrukturen till konforma filmer på icke-planära substrat. Sprickdefinierad mönstring kompletterar därmed litografi i tillämpningar som kräver deterministisk placering av strukturer, sublitografiska dimensioner och storskalig parallell tillverkning, samtidigt som variation i enskilda strukturkonturer kan tolereras.

Link to DiVA