Устаткування протонно-проеменевої літографії на базі електростатичного прискорювача для фабрикації 3D мікро- і наноструктур

Пономарьов, ОГ
Ребров, ВА
Колінько, СВ
Nauka innov. 2019, 15(4):62-69
https://doi.org/10.15407/scin15.04.062
Рубрика: Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Мова: Російська
Анотація: 
Вступ. Поверхневі мікро- і наноструктури використовують в різних фізичних додатках, таких як рентгенівська оптика, фотоніка, мікроелектромеханічні системи, метаматеріали тощо.
Проблематика. Наявні методи фабрикації таких структур є або високовартісними, або не задовольняють певним вимогам (величина аспектного відношення та якість поверхні їхніх бічних стінок).
Мета. Розробка установки для протонно-променевої літографії, яка дозволяє створювати поверхневі мікро- та наноструктури з заданими параметрами.
Матеріали й методи. Одним з альтернативних методів фабрикації вищезгаданих поверхневих структур є протонно-променева літографія. Як зразки для фабрикації поверхневих структур використовують підкладки з кремнію з нанесеним шаром позитивного резистивного матеріалу поліметилметакрилату.
Результати. Розроблено установку протонно-променевої літографії на базі електростатичного прискорювача, наведено її складові та особливості конструкції. Наведено основні параметри установки: коефіцієнти зменшення, струм протонного пучка, мінімальні розміри зонду. Показано переваги застосування квадрупольної оптики для фабрикації мікродифракційних ґраток. Проведено перші експерименти з фабрикації ґратки-джерела в рентгенівських фазоконтрастних томографах з характерною шириною лінії близько 20 мкм.
Висновки. У пропонованій установці застосовується нова зондоформуюча система, яка базується на розподіленому пентуплеті магнітних квадрупольних лінз. Застосування електростатичної скануючої системи забезпечує високу точність позиціонування сфокусованого пучка в замкнутому циклі сканування. Управління процесом сканування забезпечується за рахунок застосування багатофункціонального реконфігурованого модуля введення-виведення з програмованою логікою.
Ключові слова: електростатичний прискорювач, магнітна квадрупольна лінза, протонно-променева літографія
Посилання: 
1. Watt F., Breese M.B.H., Bettiol A., van Kan J.A. Proton beam writing: review. Materials today. 2007. V. 10, no. 6. P. 20–29.
2. Watt F., Bettiol A.A., van Kan J.A., Teo J., Breese M.B.H. Ion beam lithography and nanofabrication: a review. International Journal of Nanoscience. 2005. V. 4, no. 3. P. 269–286.
3. Bettiol A.A., Ansari K., Sum T.C., van Kan J.A., Watt F. Fabrication of micro-optical components in polymer using proton beam writing. Proc. of SPIE. 2004. No. 5347. P. 255–263.
4. Magilin D.V. Ponomarev A.G., Rebrov V.A., Sayko N.A., Melnik K.I., Miroshnichenko V.I., Storizhko V.Y. Performance of the Sumy nuclear microprobe with the integrated probe-forming system. Nucl. Instr. and Meth. B. 2009. No. 267. P. 2046–2049.
5. Storizhko V.E., Ponomarev A.G., Rebrov V.A., Chemeris A.I., Drozdenko A.A., Dudnik A.B., Miroshnichenko V.I., Sayko N.A., Pavlenko P.A., Peleshuk L.P. The Sumy scanning nuclear microprobe: design features and first tests. Nucl. Instr. and Meth. B. 2007. No. 260. P. 49–54.
6. Kurbatov D.I., Klymov О.V., Opanasyuk A.S., Ponomarev A.G., Fochuk P.M., Khlyap H.M. Structural characteristics of Zn1-xMnxTe polycrystalline films. Proc. of SPIE. 2012. No. 8507. P. 85071J1–85071J-6.
7. Nam D., Opanasyuk A.S., Koval P.V., Ponomarev A.G., Kim G., Jo W., Cheong H., Composition variations in Cu2ZnSnSe4 thin films analyzed by XRD, EDS, PIXE, and Raman spectroscopy. Thin Solid Films. 2014. No. 562. P. 109–113.
8. Valter A.A., Knight K.B., Eremenko G.K., Magilin D.V., Ponomarov A.A., Pisansky A.I., Romanenko A.V., Ponomarev A.G. Spatial investigation of some uranium minerals using nuclear microprobe. Physics and Chemistry of Minerals. 2018. V. 45, no. 6. P. 533–547.
9. Lapin O.S., Kolinko S.V., Rebrov V.A., Salivon V.F., Ponomarov A., Ponomarev A.G. Precise centering method for triplet of magnetic quadrupole lenses using single rigid frame. Nucl. Instr. Meth. B. 2017. No. 404. P. 41–44.
10. Rebrov V.A., Ponomarev A.G., Palchik V.K., Melnik N.G. The new design of magnetic quadrupole lens doublet manufactured from a single piece. Nucl. Instr. Meth. B. 2007. No. 260. P. 34–38.
11. Kolinko S.V., Ponomarev A.G., Rebrov V.A. Precise centering and field characterization of magnetic quadrupole lenses. Nucl. Instr. Meth. A. 2013. No. 700. P. 70–74.
12. Ponomarev A.G., Kolinko S.V., Rebrov V.A., Kolomiets V.N., Kravchenko S.N. Using of proton beam writing techniques for fabrication of micro diffraction gratings. Problems of atomic science and technology. 2018. V. 4, no. 116. P. 285–288