文章名稱：Deep-reactive ion etching of silicon nanowire arrays at cryogenic temperatures

期刊：Applied Physics Reviews IF 17

文章DOI：https://doi.org/10.1063/5.0166284

　　【引言】

　　在過(guò)去的二十年中，大面積具有高深寬比的納米結(jié)構(gòu)對(duì)于光學(xué)，電學(xué)，力學(xué)和熱力學(xué)等領(lǐng)域的研究具有十分重要的意義，制備相關(guān)納米結(jié)構(gòu)的方法在學(xué)術(shù)和工業(yè)界都獲得了持續(xù)的關(guān)注。目前，主流制備高深寬比納米線陣列的方法是刻蝕法?？涛g法通常包括濕法刻蝕和干法刻蝕兩種。濕法刻蝕工藝在進(jìn)行制備高深寬比結(jié)構(gòu)時(shí)，所制結(jié)構(gòu)容易發(fā)生倒塌，嚴(yán)重影響器件質(zhì)量。為了制備高質(zhì)量的具有高深寬比的硅納米線陣列，研究人員開發(fā)出了各種的干法刻蝕工藝。其中，低溫刻蝕法由于具有可大面積制備納米結(jié)構(gòu)的潛能，被賦予眾望。

　　【成果概述】

　　近日，德國(guó)Technische Universitat Braunschweig相關(guān)課題組通過(guò)低溫刻蝕法制備了具有高深寬比的納米線陣列并對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究。該研究針對(duì)刻蝕氣氛，刻蝕時(shí)間，刻蝕功率和刻蝕溫度等條件對(duì)最終制備的納米結(jié)構(gòu)的形貌進(jìn)行了深入研究。文中使用先進(jìn)的AFM/SEM二合一顯微鏡-FusionScope對(duì)不同刻蝕結(jié)果的高度、形貌、均勻性和粗糙度等方面進(jìn)行了細(xì)致的分析和總結(jié)。相關(guān)研究?jī)?nèi)容以《Deep-reactive ion etching of silicon nanowire arrays at cryogenic temperatures》為題，發(fā)表于美國(guó)物理學(xué)會(huì)頂級(jí)期刊《Applied Physics Reviews》上。

　　值得注意的是，本文中使用的AFM/SEM二合一顯微鏡-FusionScope是由美國(guó)Quantum Design設(shè)計(jì)研發(fā)。該設(shè)備通過(guò)創(chuàng)新性的共坐標(biāo)系將SEM和AFM進(jìn)行結(jié)合。在使用過(guò)程中，只需在SEM成像結(jié)果中點(diǎn)擊相關(guān)位置，F(xiàn)usionScope就可以自動(dòng)引導(dǎo)AFM探針到相關(guān)位置，然后進(jìn)行AFM表征。在測(cè)量過(guò)程中，無(wú)需轉(zhuǎn)移樣品，原位進(jìn)行80°AFM與樣品臺(tái)同時(shí)旋轉(zhuǎn)，適合于任何納米材料的表征，復(fù)雜樣品的形貌也可精準(zhǔn)表征。FusionScope的出現(xiàn)為本實(shí)驗(yàn)大面積高深寬比的納米線陣列表征提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

AFM/SEM二合一顯微鏡-FusionScope

　　【圖文導(dǎo)讀】

圖1.具有極高深寬比的硅納米線陣列的制備工藝流程圖。(a)-(c)通過(guò)光刻膠作為刻蝕掩?；颍╝）-(c*)金屬刻蝕掩模的路徑來(lái)制備硅納米線陣列。(d)在刻蝕完成后，進(jìn)行掩模剝離工藝獲得高深寬比硅納米線陣列。

圖2.通過(guò)cryo-DRIE，經(jīng)過(guò)不同刻蝕時(shí)間所獲得的刻蝕結(jié)果。(a1)-(d1)不同刻蝕時(shí)間納米線陣列的俯視圖。（a2）-(d2)為(a1)-(d1)中樣品在傾斜30o后的SEM表征結(jié)果。

圖3.刻蝕后的硅納米線陣列，通過(guò)FusionScope獲得的AFM表征結(jié)果。

圖4. 硅納米線陣列的SEM和AFM表征。（a）刻蝕后的的硅納米線陣列的SEM表征結(jié)果。（b）紅色方框中的硅納米線的AFM表征結(jié)果。（c）和（d）單個(gè)硅納米線的三維形貌圖。(e)為（c）中納米線頂部綠色方框區(qū)域內(nèi)的表面粗糙度表征。（f）為圖（c）中底部的粉色方框區(qū)域的表面粗糙度表征。

圖5.通過(guò)FusionScope對(duì)刻蝕后的高深寬比納米線的側(cè)向表面粗糙度進(jìn)行測(cè)量。（a）通過(guò)FusionScope中所集成的Kleindiek納米操作手臂將制備的硅納米線折斷，并放置在基底上。（b）被折斷的硅納米線的三維形貌圖。（c）和（d）在圖（b）中，藍(lán)色方框部分硅納米線側(cè)壁部分的粗糙度測(cè)量。

　　【結(jié)論】

　　從論文中可以看出，研究人員利用FusionScope對(duì)所制備的硅納米線進(jìn)行了SEM及AFM表征和指定納米區(qū)域的原位粗糙度表征。FusionScope為通過(guò)低溫刻蝕制備具有高深寬比的硅納米線陣列的技術(shù)探索提供了豐富全面的表征方法。除了論文中所展示出的原位粗糙度表征外，F(xiàn)usionScope還具有微區(qū)的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)的表征能力，可以迅速實(shí)現(xiàn)高精度的各類原位表征，能夠滿足科研中對(duì)原位微區(qū)表征的多樣化需求。

　　相關(guān)產(chǎn)品

　　1.FusionScope多功能顯微鏡
http://www.buyu5683.com/product/2022111627.shtml