các kỹ thuật chế tạo nano

CÁC KỸ THUẬT CHẾ TẠO
NANO
NỘI
DUNG
CHÍNH
GIỚI
THIỆU
CHUNG
KẾT
LUẬN
KỸ
THUẬT
CHẾ
TẠO
I. GIỚI THIỆU CHUNG
3
thin = less than about one micro ( 10,000 Angstrons, 1000 nm)
film = layer of material on a substrate
(if no substrate, it is a "foil")
Màng mỏng là gì?
I. GIỚI THIỆU CHUNG

Kỹ thuật nano là ngành kỹ thuật áp dụng các vật
liệu và tính chất kích cỡ nano vào việc giải quyết
một vấn đề hay phục vụ một mục đích.

Mỗi khi các tính chất phụ thuộc kích thước của
một vật liệu đặc trưng được phát hiện thì lại có
những ứng dụng mới để sử dụng vật liệu ấy.

Sử dụng các tính chất đặc biệt xảy ra ở kích cỡ

nano để phát triển các kỹ thuật mới đươc gọi là
kỹ thuật nano
CÁC KỸ THUẬT CHẾ TẠO NANO
PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ:
1.Bốc bay nhiệt
2.Bốc bay chùm điện tử
3.Ăn mòn laser
4.Phún xạ magnetron
5.Lithography
6.Quang khắc chùm điện tử
PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC:
1.Phương pháp điện hoá
2.Vi nhũ tương
3.Lắng động hơi hoá học
4.Phương pháp sol-gel
1. PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT
2. PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY CHÙM ĐIỆN TỬ
3. PHƯƠNG PHÁP ĂN MÒN LASER
4. PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON
5. PHƯƠNG PHÁP LITHOGRAPHY
6. PHƯƠNG PHÁP QUANG KHẮC CHÙM ĐIỆN TỬ
CÁC KỸ THUẬT CHẾ TẠO NANO
Phương pháp vật lý
Bốc bay nhiệt
Bay bốc nhiệt hoặc bay bốc nhiệt trong chân không là kỹ thuật tạo màng
mỏng bằng cách bay hơi các vật liệu cần tạo trong môi trường chân không cao
và ngưng tụ trên đế.
BỐC BAY NHIỆT
Ưu điểm

•
Màng lắng đọng ở tốc độ cao
•
Nguyên tử bay hơi năng lượng thấp
•
Ít nhiễm tạp
•
Không gây nhiệt cho đế
•
Rẻ, dễ thực hiện
•
Áp dụng được cho nhiều loại vật liệu.
Nhược điểm
•
Không thể tạo các màng quá
mỏng.
•
Khó khống chế độ dày của màng.
•
Khó chế tạo màng đa lớp.
1. PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT
2. PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY CHÙM ĐIỆN TỬ
3. PHƯƠNG PHÁP ĂN MÒN LASER
4. PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON
5. PHƯƠNG PHÁP LITHOGRAPHY
6. PHƯƠNG PHÁP QUANG KHẮC CHÙM ĐIỆN TỬ
CÁC KỸ THUẬT CHẾ TẠO NANO
Phương pháp vật lý
Bốc bay chùm điện tử
Click to edit master text styles

Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Năng lượng của chùm tia điện tử được hội tụ trực tiếp lên vật liệu.
Khi chùm tia điện tử năng lượng cao bắn lên vật liệu nguồn, toàn bộ
động năng của chùm tia điện tử chuyển thành nhiệt năng làm hoá hơi
vật liệu và sau đó lắng đọng trên đế.
Bốc bay chùm điện tử
Chùm tia điện tử được gia tốc trong điện
trường có năng lượng cao và được hội tụ
vào vật liệu nguồn nhờ tác dụng của từ
trường điều khiển, khi đó vật liệu được hoá
hơi rồi lắng đọng lên đế.

Do chùm tia điện tử có năng lượng rất
lớn và diện tích hội tụ nhỏ vì vậy vật liệu
gần như được hoá hơi tức thì.
 Chính đặc điểm này cho phép nó có
thể tạo được màng mỏng của hầu hết các
vật liệu, đặc biệt là đối với các vật liệu
nhiều thành phần.
BỐC BAY CHÙM ĐIỆN TỬ
Ưu điểm

Độ tinh khiết cao.

Bốc bay được vật liệu khó nóng chảy.

Dễ điều chỉnh áp suất, thành phần khí

và nhiệt độ và dễ theo dõi quá trình
lắng đọng.

Có thể sử dụng rất ít vật liệu gốc
 tiết kiệm đáng kể nguồn vật liệu
Nhược điểm

Khó chế tạo vật liệu là hợp kim.

CMOS dễ bị phá hỏng bởi các bức xạ
tia X phát ra do điện tử bị hãm đột ngột.

Màng phủ khó đồng đều.
1. PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT
2. PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY CHÙM ĐIỆN TỬ
3. PHƯƠNG PHÁP ĂN MÒN LASER
4. PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON
5. PHƯƠNG PHÁP LITHOGRAPHY
6. PHƯƠNG PHÁP QUANG KHẮC CHÙM ĐIỆN TỬ
CÁC KỸ THUẬT CHẾ TẠO NANO
Phương pháp vật lý
Bốc bay bằng xung Laser
Ánh sáng laser có thể tập trung
năng lượng với cường độ rất cao
trên một vùng giới hạn của vật liệu.
Khi ánh sáng laser chiếu tới vật
liệu, cường độ laser lớn sẽ gây
bùng nổ và dẫn đến sự phát tán
hỗn hợp của nguyên tử, các phân
tử và ion (plasma) hoặc các đám

hơi vật chất từ bề mặt của vật liệu.
BỐC BAY BẰNG XUNG LASER
+
+
+
+
+
+
Electron
Nguyên tử
trung hòa
+ Ion +
Laser
Chùm laser xung công
suất lớn được chiếu vào bia.
Bia hấp thu năng lượng
laser, nóng lên và bay hơi
Phía trên bia hình thành
một vùng không gian chứa
plasma phát sáng
Các hạt vật liệu bia
ngưng tụ  màng trên đế
BỐC BAY bằng xung laser
Ưu điểm
•
Không sử dụng dung môi  An toàn
và thân thiện với môi trường.
•
Dễ tự động hoá (sử dụng robot).
•

Chi phí hoạt động thấp
•
Nhiệt độ tương đối thấp.
Nhược điểm
•
Rất khó để kiểm soát quá trình kết
tụ của phân tử nên các hạt chế tạo
được có xu hướng phân bố kích
thước trong khoảng rộng.
1. PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT
2. PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY CHÙM ĐIỆN TỬ
3. PHƯƠNG PHÁP ĂN MÒN LASER
4. PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON
5. PHƯƠNG PHÁP LITHOGRAPHY
6. PHƯƠNG PHÁP QUANG KHẮC CHÙM ĐIỆN TỬ
CÁC KỸ THUẬT CHẾ TẠO NANO
Phương pháp vật lý
Phương pháp phún xạ
magnetron
Là kỹ thuật phún xạ (DC và RF) cải
tiến từ các hệ phún xạ thông dụng
bằng cách đặt bên dưới bia các nam
châm
Đặc trưng của quá trình
Click to edit Master text styles
Vùng sụt thế Cathode:
Trong vùng này điện tử thứ cấp
sinh ra từ Catod sẽ được điện
trường gia tốc để đi vào vùng ion

hoá theo hướng trực giao với nó.
Đặc trưng của quá trình
Click to edit Master text styles
Vùng ion hóa: Có điện
trường rất bé hơn so với Ek, điện
tử có đủ năng lượng để ion hoá
chất khí, khi va chạm với các
phân tử khí các điện tử sẽ mất
năng lượng và quỹ đạo cycloid
sẽ nhỏ dần, còn các ion sinh ra
do quá trình ion hoá sẽ được gia
tốc trong vùng sụt thế Catod và
thực hiện chức năng phún xạ.
Đặc trưng của quá trình
Vùng plasma :Các ion này dưới tác
dụng của điện trường gia tốc bay đến đập vào
catod
Click to edit Master text styles
Ưu điểm
1. Dùng được cho tất cả các loại vật liệu (nguyên tố,
hợp kim,hợp chất).
2. Bia để phún xạ thường dùng được lâu.
3. Có thể đặt bia theo nhiều hướng, bia là nguồn “bốc
bay ” rất lớn.
4. Chế tạo màng mỏng có cấu hình đa dạng.
5. Quy trình phún xạ ổn định, dễ tự động hóa.
6. Độ bám dính của màng tốt
7. Dễ chế tạo màng đa lớp
8. Rẻ tiền và dễ thực hiện
9. Màng tạo ra có độ mấp mô bề mặt thấp, độ dày

chính xác.
Nhược điểm
1. Năng lượng phún xạ tập trung lên bia, làm nóng bia,
nên phải làm lạnh bia.
2. Tốc độ phún xạ << tốc độ bốc bay chân không.
3. Tốn nhiều năng lượng.
4. Bia thường rất khó chế tạo và đắt tiền. Nhưng hiệu
suất sử dụng thấp.
5. Có thể nhiễm nhiều tạp chất
6. Khả năng tạo ra các màng rất mỏng với độ chính
xác cao là không cao.
7. Không thể tạo ra màng đơn tinh thể.
8. Áp suất thấp => đòi hỏi phải hút chân không cao
1. PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT
2. PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY CHÙM ĐIỆN TỬ
3. PHƯƠNG PHÁP ĂN MÒN LASER
4. PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON
5. PHƯƠNG PHÁP LITHOGRAPHY
6. PHƯƠNG PHÁP QUANG KHẮC CHÙM ĐIỆN TỬ
CÁC KỸ THUẬT CHẾ TẠO NANO
Phương pháp vật lý