基于各向异性刻蚀的二维材料超分辨纳米光刻
材料科学
2021-10-08 v1 介观与纳米尺度物理
应用物理
摘要
纳米结构化可改变二维（2D）材料的电子和光子性质。然而，自上而下的光刻工艺的效率、灵活性和便利性受到纳米尺度边缘粗糙度和分辨率可变问题的损害，这尤其影响二维材料的性能。在此，我们研究使用六氟化硫（SF6）对多层二维材料进行干法各向异性刻蚀如何克服其中一些问题，展示了六方氮化硼（hBN）、二硫化钨（WS2）、二硒化钨（WSe2）、二硫化钼（MoS2）、二碲化钼（MoTe2）的结果。扫描和透射电子显微镜揭示，在所研究的过渡金属硫族化合物中，刻蚀导致各向异性六边形特征，各向异性相对程度排序为：WS2 > WSe2 > MoTe2 / MoS2。刻蚀孔以锯齿形边缘终止，而刻蚀点（突起）以扶手椅形边缘终止。这可以通过 Wulff 构造加以解释，其中考虑了边缘的相对稳定性和 AA 堆垛顺序。WS2 中的图案被转移到下层石墨层，展示了用于创建亚 10 nm 特征的潜在用途。相比之下，多层 hBN 不表现横向各向异性，但显示出一致的垂直刻蚀角，与晶体取向无关。这被用于在下层石墨晶体中创建具有超锐利底角的高分辨光刻图案。我们发现，各向异性 SF6 反应离子刻蚀工艺可使纳米结构缩小尺寸，从而获得平滑边缘、锐利拐角以及显著低于电子束光刻分辨率极限的特征尺寸。纳米结构化的二维材料可自身使用或作为刻蚀掩模来图案化其他纳米材料。
引用
@article{arxiv.2110.03499,
title = {Super-Resolution Nanolithography of Two-Dimensional Materials by Anisotropic Etching},
author = {Dorte R. Danielsen and Anton Lyksborg-Andersen and Kirstine E. S. Nielsen and Bjarke S. Jessen and Timothy J. Booth and Manh-Ha Doan and Yingqiu Zhou and Peter Bøggild and Lene Gammelgaard},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.03499},
year = {2021}
}