Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices

La tesi doctoral titulada "Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices" aborda el repte de la fabricació de ressonadors nano-mètrics des d'una nova òptica basada en la implantació iònica mitjançant un feix de ions focalitzat (FIB). Aqu...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Llobet Sixto, Jordi|||0000-0001-7007-9277
Tipo de recurso: tesis doctoral
Fecha de publicación:2016
País:España
Institución:Universitat Autònoma de Barcelona
Repositorio:Dipòsit Digital de Documents de la UAB
Idioma:inglés
OAI Identifier:oai:ddd.uab.cat:166243
Acceso en línea:https://ddd.uab.cat/record/166243
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Ressonadors
Sistemes nanoelectromecànics
Feix de partícules
id ES_3c2f98158c2db6b5b3308f48dd261a4e
oai_identifier_str oai:ddd.uab.cat:166243
network_acronym_str ES
network_name_str España
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices
title Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices
spellingShingle Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices
Llobet Sixto, Jordi|||0000-0001-7007-9277
Ressonadors
Sistemes nanoelectromecànics
Feix de partícules
title_short Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices
title_full Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices
title_fullStr Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices
title_full_unstemmed Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices
title_sort Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices
dc.creator.none.fl_str_mv Llobet Sixto, Jordi|||0000-0001-7007-9277
author Llobet Sixto, Jordi|||0000-0001-7007-9277
author_facet Llobet Sixto, Jordi|||0000-0001-7007-9277
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física
Pérez Murano, Francesc
Borrisé, Xavier
Sort, Jordi
dc.subject.none.fl_str_mv Ressonadors
Sistemes nanoelectromecànics
Feix de partícules
topic Ressonadors
Sistemes nanoelectromecànics
Feix de partícules
description La tesi doctoral titulada "Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices" aborda el repte de la fabricació de ressonadors nano-mètrics des d'una nova òptica basada en la implantació iònica mitjançant un feix de ions focalitzat (FIB). Aquest nou mètode permet fabricar nano-dispositius suspesos funcionals, des del punt de vista elèctric i mecànic, sense necessitat d'utilitzar resina d'una forma i) ràpida i simple, només son necessàries tres etapes de fabricació; ii) flexible, permet definir dispositius amb gran llibertat geomètrica; iii) alta resolució, es demostra la fabricació de dispositius suspesos de 4 μm de longitud per 10 nm de diàmetre; iv) reproduïble i v) compatible amb la tecnologia CMOS. Partint d'un xip de silici o SOI (silici - diòxid de silici - silici), el mètode de fabricació comença amb un procés d'implantació FIB on es defineixen les estructures i les connexions elèctriques del dispositiu. El segon pas consisteix en el gravat humit del silici, on s'ataca el silici que no està protegit per la implantació FIB, permetent la suspensió o alliberació dels dispositius. En aquest estadi, on les estructures ja estan definides, el silici és amorf, conté gal·li i no és elèctricament funcional (ρ ̃1 Ω·m). El darrer pas consisteix en un tractament tèrmic a alta temperatura fins a 1000ºC, en ambient de nitrogen i amb un precursor sòlid de bor on es propicia la recristal·lització del silici formant nano-cristalls, dopar el silici amb bor (tipus p) i eliminar el gal·li. Aquest tractament a alta temperatura, on les estructures no son oxidades, permet obtenir dispositius elèctricament funcionals (ρ ̃10-4 Ω·m). Els principals resultats obtinguts es poden classificar en tres àmbits: Investigació de l'efecte de la implantació amb ions gal·li en el silici, pel que fa tant a aspectes de processament com de propietats nanoelectromecàniques del material. En aquest treball hem caracteritzat l'estructura del material en les diferents etapes de fabricació i hem caracteritzat elèctrica i electromecànicament els dispositius finals obtinguts pel mètode descrit. Desenvolupament i optimització del procés de fabricació, especialment pel que respecte al control de dimensions i a la combinació amb altres processos Es mostra el treball realitzat en la optimització dels diferents paràmetres de fabricació, des de la posta a punt de la dosi d'ions fins a la selectivitat del gravat. A través del disseny de les estructures es pot establir estratègies per controlar i minimitzar els efectes d'"under-etching" en el silici, a través de la definició d'estructures de compensació, i també evitar el col·lapse de les estructures més llargues, degut a les tensions superficials que es produeixen durant els processos de gravat humit, fabricant pilars per sostenir les estructures. Aquest mètode de fabricació permet obtenir dispositius a mida convertint-lo en una eina versàtil de prototipatge i de fabricació petites quantitats, que permet aconseguir dispositius de dimensions nano-mètriques per a l'experimentació acadèmica i científica. Investigació de les propietats electròniques, mecàniques i electromecàniques dels dispositius, i concretament en el cas de nanofils de silici suspesos que es poden aplicar com a ressonadors mecànics d'altra freqüència o transistors d'un sol forat. Hem pogut fabricar ressonadors de diferents geometries que ens ha permès estudiar i demostrar la relació que existeix entre la simetria/asimetria dels dispositius i el senyal piezoresistiu mesurat durant la transducció electromecànica. Hem investigat i fabricat transistors d'efecte camp ultra-fins (10 ̃ 15 nm) i transistors suspesos on les característiques elèctriques a baixa temperatura mostren efectes de "Coulomb blockade" gracies als nano-cristalls que es formen, dins dels nano-fils de silici suspesos, durant l'etapa de tractament tèrmic.
publishDate 2016
dc.date.none.fl_str_mv 2
2016-01-01
2016
2016-01-01
dc.type.none.fl_str_mv Tesi doctoral
http://purl.org/coar/resource_type/c_db06
VoR
http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85
dc.type.openaire.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
dc.identifier.none.fl_str_mv https://ddd.uab.cat/record/166243
url https://ddd.uab.cat/record/166243
dc.language.none.fl_str_mv Inglés
eng
language_invalid_str_mv Inglés
language eng
dc.rights.none.fl_str_mv open access
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/
dc.rights.openaire.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv open access
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universitat Autònoma de Barcelona
publisher.none.fl_str_mv Universitat Autònoma de Barcelona
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Dipòsit Digital de Documents de la UAB
instname:Universitat Autònoma de Barcelona
instname_str Universitat Autònoma de Barcelona
reponame_str Dipòsit Digital de Documents de la UAB
collection Dipòsit Digital de Documents de la UAB
repository.name.fl_str_mv
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1869406353396596736
spelling Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devicesLlobet Sixto, Jordi|||0000-0001-7007-9277RessonadorsSistemes nanoelectromecànicsFeix de partículesLa tesi doctoral titulada "Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices" aborda el repte de la fabricació de ressonadors nano-mètrics des d'una nova òptica basada en la implantació iònica mitjançant un feix de ions focalitzat (FIB). Aquest nou mètode permet fabricar nano-dispositius suspesos funcionals, des del punt de vista elèctric i mecànic, sense necessitat d'utilitzar resina d'una forma i) ràpida i simple, només son necessàries tres etapes de fabricació; ii) flexible, permet definir dispositius amb gran llibertat geomètrica; iii) alta resolució, es demostra la fabricació de dispositius suspesos de 4 μm de longitud per 10 nm de diàmetre; iv) reproduïble i v) compatible amb la tecnologia CMOS. Partint d'un xip de silici o SOI (silici - diòxid de silici - silici), el mètode de fabricació comença amb un procés d'implantació FIB on es defineixen les estructures i les connexions elèctriques del dispositiu. El segon pas consisteix en el gravat humit del silici, on s'ataca el silici que no està protegit per la implantació FIB, permetent la suspensió o alliberació dels dispositius. En aquest estadi, on les estructures ja estan definides, el silici és amorf, conté gal·li i no és elèctricament funcional (ρ ̃1 Ω·m). El darrer pas consisteix en un tractament tèrmic a alta temperatura fins a 1000ºC, en ambient de nitrogen i amb un precursor sòlid de bor on es propicia la recristal·lització del silici formant nano-cristalls, dopar el silici amb bor (tipus p) i eliminar el gal·li. Aquest tractament a alta temperatura, on les estructures no son oxidades, permet obtenir dispositius elèctricament funcionals (ρ ̃10-4 Ω·m). Els principals resultats obtinguts es poden classificar en tres àmbits: Investigació de l'efecte de la implantació amb ions gal·li en el silici, pel que fa tant a aspectes de processament com de propietats nanoelectromecàniques del material. En aquest treball hem caracteritzat l'estructura del material en les diferents etapes de fabricació i hem caracteritzat elèctrica i electromecànicament els dispositius finals obtinguts pel mètode descrit. Desenvolupament i optimització del procés de fabricació, especialment pel que respecte al control de dimensions i a la combinació amb altres processos Es mostra el treball realitzat en la optimització dels diferents paràmetres de fabricació, des de la posta a punt de la dosi d'ions fins a la selectivitat del gravat. A través del disseny de les estructures es pot establir estratègies per controlar i minimitzar els efectes d'"under-etching" en el silici, a través de la definició d'estructures de compensació, i també evitar el col·lapse de les estructures més llargues, degut a les tensions superficials que es produeixen durant els processos de gravat humit, fabricant pilars per sostenir les estructures. Aquest mètode de fabricació permet obtenir dispositius a mida convertint-lo en una eina versàtil de prototipatge i de fabricació petites quantitats, que permet aconseguir dispositius de dimensions nano-mètriques per a l'experimentació acadèmica i científica. Investigació de les propietats electròniques, mecàniques i electromecàniques dels dispositius, i concretament en el cas de nanofils de silici suspesos que es poden aplicar com a ressonadors mecànics d'altra freqüència o transistors d'un sol forat. Hem pogut fabricar ressonadors de diferents geometries que ens ha permès estudiar i demostrar la relació que existeix entre la simetria/asimetria dels dispositius i el senyal piezoresistiu mesurat durant la transducció electromecànica. Hem investigat i fabricat transistors d'efecte camp ultra-fins (10 ̃ 15 nm) i transistors suspesos on les característiques elèctriques a baixa temperatura mostren efectes de "Coulomb blockade" gracies als nano-cristalls que es formen, dins dels nano-fils de silici suspesos, durant l'etapa de tractament tèrmic.The thesis entitled "Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices" aboard the challenge of the fabrication of nanometric resonators from a new approach based on ion implantation by a focused ion beam (FIB) . This new method allows the fabrication of functional suspended nanodevices, from the electrical and mechanical point of view, without using any resist. This method is i) fast and simple, where only three steps are needed; ii) flexible, it is feasible the definition of structures of different shape; iii) high resolution, it is demonstrated the fabrication of 4 μm length and 10 nm diameter suspended devices; iv) reproducible and v) CMOS compatible. The starting point is a silicon or SOI (silicon - silicon dioxide - silicon) chip. The fabrication approach starts with a FIB implantation process where the structures and the electrical connections of the device are defined. The second step consists on silicon wet etching, where silicon that is not protected by the FIB implantation is etched, allowing the release of the devices. The defined structures are made of amorphous silicon, they contains gallium and they are not functional electrically (ρ ~1 Ω·m). The last step consists on diffusive boron doping at high temperature (up to 1000ºC) in a boron environment, where it is promoted the recrystallization of silicon forming nanocrystals, the boron doping (p type) of silicon and the removal of gallium. In this last step at high temperature the structures are not oxidized obtaining electrically functional devices (ρ ~10-4 Ω·m). The principal results can be classified in three areas: Investigation of the effect of gallium ion implantation onto silicon from the process and nanoelectromechanical material properties point of view. In this work the material structure in the different fabrication steps has been characterized, as well as the electrical and electromechanical properties of the final devices obtained by the described method. Development and optimization of the fabrication process, especially controlling the dimensions and the combination with other fabrication processes. The work done in the optimization of the different fabrication parameters are shown, from the tuning of the ion dosage to the etching selectivity. It is possible to stablish design strategies to control and minimize the under-etching effects onto silicon, as well as to avoid the collapse of long structures, that are the result of the superficial sticking produced during the wet etching processes, by the fabrication of sustaining posts. That method permits to obtain customized devices. It is a versatile prototyping method that allows the fabrication of small batches of devices of nanometric dimensions that can be employed for the scientific and academic experimentation. Investigation of the electronical, mechanical and electromechanical properties of the devices, specifically suspended silicon nanowires that can be employed as high frequency mechanical resonators or single hole transistors. We fabricated resonators of different geometries for the study and demonstration of the relation between the geometrical symmetry/asymmetry of the devices and the piezoresistive signal measured during the electromechanical transduction. We investigated and fabricated ultra-thin field effect transistors (10 ~ 15 nm) and suspended transistors that exhibits Coulomb blockade electrical characteristics at low temperature thanks to the nanocrystals that are grown during the high temperature fabrication step.Universitat Autònoma de BarcelonaUniversitat Autònoma de Barcelona. Departament de FísicaPérez Murano, FrancescBorrisé, XavierSort, Jordi 22016-01-0120162016-01-01Tesi doctoralhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06VoRhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85info:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://ddd.uab.cat/record/166243reponame:Dipòsit Digital de Documents de la UABinstname:Universitat Autònoma de BarcelonaInglésengopen accesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, i la comunicació pública de l'obra, sempre que no sigui amb finalitats comercials, i sempre que es reconegui l'autoria de l'obra original. No es permet la creació d'obres derivades.https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/info:eu-repo/semantics/openAccessoai:ddd.uab.cat:1662432026-06-06T12:50:31Z
score 15,300724

Similares en LA Referencia