Fabrication of junctionless silicon nanowire transistors via mix and match patterning based on field emission scanning probe lithography
Alan-salımlı tarama probu litografisine dayalı karıştır ve eşleştir modelleme ile bağlantısız silisyum nanotel transistörlerin üretimi
- Tez No: 753835
- Danışmanlar: PROF. DR. BURHANETTİN ERDEM ALACA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Desenlendirme, Nanomateryaller, Nanoteknoloji, Nanotel, Silisyum, Transistör, Yarı iletkenler, Patterning, Nanomaterials, Nanotechnology, Nanowire, Silicon, Transistor, Semiconductors
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Silisyum nanoteller, geniş uygulama alanları ve çeşitli yetkinlikleri sayesinde yarı iletken endüstrisinin umut verici odak noktası olan tek boyutlu nano mimarilerdir. Nano Newton seviyesindeki yüksek hassasiyetleriyle harekete geçirme ve algılama konusundaki olağanüstü yetenekleri sayesinde, mikro elektromekanik sistemlere ve nano elektromekanik sistemlere entegrasyon için oldukça uygundurlar. Ayrıca, bağlantısız silisyum nanotel transistörler olarak molekül algılama gibi farklı gelişmiş uygulamalarda son yıllarda büyük bir cazibe kazanmışlardır. Bu çalışmada, mevcut nano-üretim teknolojilerinin erişilemezliğinin ve diğer zorluklarının üstesinden gelmek amacıyla, bağlantısız silisyum nanotel transistörlerin üretimi için alternatif ve uygun maliyetli bir çözüm olarak alan-salımlı tarama probu litografisi kullanılmıştır. Alan-salımlı tarama probu litografisi, ardından uygulanan kriyojenik reaktif iyon aşındırma ile 10 nm'nin altında kritik boyutlara sahip nano yapıların modellenmesini ve anizotropik olarak üretilmesine olanak sağlar. Ayrıca, alan-salımlı tarama probu litografisinde düşük enerjili ikincil elektronlar aracılığıyla gerçekleşen maruz bırakma sayesinde litografideki yakınlık etkileri azaltılır. Bu çalışmada, 12 nm kalınlığında silisyum cihaz katmanı ve 25 nm kalınlığında gömülü oksit katmanına sahip, <100> yüzey yönelimli ve yüksek oranda p-tipi katkılı olan yalıtkan üstü silisyum substrat kullanılmıştır. İlk olarak, fotolitografi ve reaktif iyon aşındırma kullanılarak, numunenin cihaz katmanında, dörde dört dizide 16 ayrı cihaz merkez bölgeleri ve temas bölgeleri ile birlikte oluşturuldu. İkinci olarak, maskesiz ve hizalı fotolitografi ve reaktif iyon aşındırma gerçekleştirilerek, tasarımın mikro ölçekli şekilleri modellendirilerek numuneye aktarıldı. Kritik proses olarak, alan-salımlı tarama probu litografisi, <110> yönü boyunca silisyum nanotelleri ve yanal kapı elektrotlarını 25 nm'den daha az bir kalınlıkta kaplanan AZ Barli II fotorezisti üzerinde modellemek için gerçekleştirildi. Son işlem olarak, nano ölçekli yapıların aşındırılması kriyojenik reaktif iyon aşındırma ile gerçekleştirildi. Bu çalışmanın amacı, bağlantısız silisyum nanotel transistörlerin alan-salımlı tarama probu litografisine dayalı karıştır ve eşleştir üretimi olarak yeni ve ileri düzey bir üretim teknolojisi geliştirmekti. Bu teknolojinin uygulanabilirliği sayesinde, bağlantısız silisyum nanotel transistörlerin performans parametreleri, kanal geometrisi ve katkılama konsantrasyonunda çeşitli tasarım olanakları ile çalışılabilir. Ayrıca, gömülü oksit tabakanın HF buharıyla aşındırılması ile nanotelleri serbest bırakarak, bağlantısız bir rezonatör ve bir elektromekanik anahtar olarak çalıştırılabilen bu nanotelleri mekanik ve elektronik olarak karakterize etmek mümkün ve umut vericidir.
Özet (Çeviri)
Silicon nanowires (Si NWs) are one-dimensional nano-architectures that have been the promising focus of the semiconductor industry thanks to their broad application areas and various competencies. Due to their remarkable capabilities in actuating and sensing with high sensitivity in the nano-Newton range, they are highly favorable for integration into microelectromechanical systems (MEMS) and nanoelectromechanical systems (NEMS). Moreover, in the last decades, they have gained a great attraction as junctionless (JL) Si NW transistors in different advanced applications such as molecular detection. In this study, to overcome the inaccessibility and difficulties of current nanofabrication technologies, field-emission scanning probe lithography (FE-SPL) was utilized as the alternative and cost-effective solution for the fabrication of JL Si NW transistors. FE-SPL, followed by cryogenic reactive-ion etching (RIE), facilitates the patterning of nanostructures and their fabrication anisotropically with a critical dimension (CD) of below 10 nm. Furthermore, proximity effects in lithography are diminished thanks to the exposure taking place through low-energy secondary electrons in FE-SPL. In this study, a p-type highly doped silicon-on-insulator (SOI) substrate was utilized with a Si device layer (DL) thickness of 12 nm, buried oxide (BOX) layer thickness of 25 nm, and <100> surface orientation. Firstly, by employing conventional photolithography and RIE, 16 separate devices with their center regions and contact pads were formed in a four-to-four array on the DL of the SOI sample. Secondly, by performing maskless and aligned photolithography and RIE, the micro-scale features of the design were patterned and transferred into the sample. As the critical process, FE-SPL was performed to pattern Si NWs along the <110> direction and their lateral gate electrodes on a very thin photoresist (PR), AZ Barli II, with a thickness of less than 25 nm. As the final process, the etching of nano-scale features was carried out through cryogenic RIE. The purpose of this study was to develop a novel and advanced fabrication technology, FE-SPL-based mix-and-match fabrication of JL Si NW transistors. Thanks to the feasibility of this technology, the performance parameters of JL Si NW transistors can be studied with various design possibilities in geometry and doping concentration of the NW channel. Furthermore, it is possible and promising to characterize mechanically and electronically these NWs fabricated as a junctionless resonator and an electromechanical switch by releasing the NWs with HF vapor etching of the BOX layer.
Benzer Tezler
- Design, fabrication and characterizations of n-Si columnar structures for solar cell applications
Nano-Si kolon yapılarının güneş pili uygulamarı için tasarlanıp, üretilip, karakterize edilmesi
AYŞEGÜL DEVELİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON
- Three dimensional crystalline silicon solar cells
Üç boyutlu kristal silisyum güneş hücreleri
GÜLSEN BAYTEMİR
Doktora
İngilizce
2018
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Fabrication of mesa structures on superconducting Bi2Sr2CaCu208+x single crystals
Üstüniletken Bi2Sr2CaCu208+x tek kristaller üzerine mesa yapılarının üretilmesi
CİHAN KURTER
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. LÜTFİ ÖZYÜZER
- A mems based drug effect analysis system utilizing droplet microfluidics
Damlacık microakışkanlarını kullanan mems tabanlı ilaç etkisi analiz sistemi
METİN DÜNDAR ÖZKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK KÜLAH
DOÇ. DR. ENDER YILDIRIM
- Milimetre dalga boyunda yüzgeç hat karıştırıcı tasarımı
Balanced finline mixer design in millimeter wawe band
DEMET SEVİL ARMAĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. OSMAN PALAMUTÇUOĞLU