Механизм для формирования наноструктуры Российский патент 2024 года по МПК H01L21/67 B82B1/00 

Изобретение относится к области наноинженерии, в частности к приспособлениям и устройствам для формирования наноструктур. Может быть использовано в электронной промышленности в установках вакуумной фильтрации для получения нано- и микроструктурированных материалов.

Фотонно-кристаллические коллоидные пленки применяются в оптоэлектронных устройствах в качестве волноводов, усилителей, антенн, светофильтров и устройств магнитной памяти. Классические методы формирования фотонно-кристаллических слоев (естественная седиментация, электрофорез, вертикальное осаждение) подразумевают удаление жидкости из пространства между коллоидными частицами после завершения процесса получения пленки. При получении многослойных градиентных или гетероструктур наличие влаги в слое, лежащем под осаждаемым может быть нежелательно. Метод вакуумной фильтрации, подробно описанный в [1], позволяет своевременно удалять жидкую среду из осажденных слоев коллоидных микросфер и получать самостоятельную структуру - фотонно-кристаллический элемент, который высушен, отделен от подложки и готов к дальнейшему размещению в устройствах поверх ранее сформированных слоев, что является сложной технологической задачей. Для решения задачи по отделению фотонно-кристаллического элемента от фильтра в установке вакуумной фильтрации, предложен механизм для формирования наноструктуры – подложкодержатель с подложкой.

Существует несколько способов получения самостоятельной наноструктурированной пленки и приспособлений для ее отделения или переноса. Известен способ [2]. В заявленном изобретении готовую гетероструктуру переносят методом соединения рабочей пластины с подложкой, их сращивания и последующего расслаивания. Недостатком этого изобретения является невозможность получения автономного тонкопленочного элемента, а также сложные технические условия – среда водорода, температурный отжиг и травление в перекисно-кислотном растворе.

Известен способ [3], основанный на получении нанокомпозитного монослоя по методу Ленгмюра-Блоджетт. Недостатком этого изобретения является наличие жидкой фазы в среде формирования пленки, что существенно ограничивает выбор твердотельных подложек, например, твердотельная подложка, являющаяся элементом оптоэлектронного прибора, не может быть погружена в раствор или суспензию, если на ней сформированы токопроводящие дорожки.

Известен процесс [4] по переносу микроструктур на конечную подложку. Заявленное изобретение обеспечивает перенос микроструктур на гибкую или жесткую конечную подложку, а также позволяет формировать микроструктуры непосредственно на подложке. Недостатком этого изобретения является необходимость применения технологических связующих слоев, их отверждения под УФ-излучением с последующим удалением.

Прототипом изобретения является [5]. Заявленное устройство для отделения от подложки композитной структуры содержит в себе основание и оправку для крепления сформированной структуры.

Общим у прототипа и изобретения является использование прижимающего усилия для соприкосновения тонкопленочной структуры с мембраной-носителем или подложкой с последующим ее удалением с поверхности, на которой она была сформирована, а также наличие сквозных отверстий в предметном столике и платформы для размещения фильтра.

Недостатком этого изобретения является необходимость использования травителей и невозможность применения для формирования наноструктур методом вакуумной фильтрации, так как отверстия в предметном столике используются для подачи травителя.

Техническим результатом изобретения является упрощение процесса формирования самостоятельной наноструктурированной фотонно-кристаллической пленки. Технический результат достигается за счет использования корпуса, в котором одновременно расположено место под подложку и пластину для размещения фильтра, на котором формируется наноструктура.

Подложкодержатель представляет собой открытый цилиндрический корпус – стакан, в котором установлена пластина для размещения мембранного политетрафторэтиленого (PTFE) фильтра c диаметром пор 200 нм. Обратная сторона пластины для размещения фильтра имеет гладкое глухое отверстие, в которое устанавливается винт для перемещения платформы относительно корпуса. В дне корпуса установлена с натягом гайка, ответная винту. В дне корпуса и пластине для размещения фильтра предусмотрены сквозные отверстия для осуществления вакуумной откачки фильтрата. Корпус подложкодержателя оснащен щелями для размещения подложки. Подложка является комплектом к подложкодержателю и является многоразовой; представляет собой гибкую ленту из полидиметилсилоксана (PDMS) длиной L приблизительно равной двум диаметрам корпуса; имеет в своей конструкции технологическое окно для процесса формирования наноструктуры и имеет два положения: «0», когда окно расположено непосредственно над областью формирования наноструктуры на фильтре, и «1», когда над сформированной на фильтре наноструктурой установлена сплошная часть подложки. В качестве материала корпуса и пластины для размещения предлагается использовать полиамид ПА-6 (капролон). Наружный диаметр d цилиндрического корпуса составляет 59,9 мм. Заявленный подложкодержатель предлагается устанавливать в воронке Бюнхера №1 по ГОСТ 9147-80.

Предлагаемый способ формирования наноструктуры:

1. Формирование наноструктурированной пленки на поверхности фильтра. Формирование наноструктурированной пленки проводится методом вакуумной фильтрации. Воронка Бюхнера 5 устанавливается в держатель на штативе, в воронку устанавливается подложкодержатель. Воронка с подложкодержателем устанавливается на манжету в колбу Бунзена, закрепленную на штативе. В подложкодержатель устанавливается фильтр 1 на пластину 2, в щели 3 продевается подложка 8 и устанавливается в положение «0». Проводится процесс вакуумной фильтрации.

2. Перенос пленки на подложку. Колба Бунзена опускается на штативе вниз, воронка остается на держателе. Подложка устанавливается в положение «1». Винт 6 поворачивается вручную, торец винта упирается в пластину 2, и она поднимается. Сформированная наноструктура 10 прессуется к подложке 8 и переносится на нее. Через 1 минуту движением винта 6 пластина 2 с фильтром 1 опускается. Подложка 8 вынимается из щелей 3 за торцы через центральную окружность корпуса 4 и высушивается в горизонтальном положении наноструктурой вверх. Высушенная наноструктурированная пленка отделяется изгибом подложки (фиг. 8).

Сущность изобретения поясняется фигурами 1-8, где показаны компоновка механизма для получения наноструктур, размещение элементов внутри корпуса и демонстрируется процесс переноса наноструктуры. Обозначения на фиг. 1-8: 1 – Фильтр PTFE мембранный с диаметром пор 200 нм; 2 – пластина для размещения фильтра; 3 – щели для установки подложки; 4 – корпус подложкодержателя; 5 – воронка Бюхнера; 6 – винт позиционирующий; 7 – гайка для установки винта 6; 8 – подложка; 9 – окно подложки; 10 – формируемая наноструктура.

Перечень фигур

Фиг. 1 – показана компоновка подложкодержателя с установленным фильтром.

Фиг. 2 – показан корпус подложкодержателя.

Фиг. 3 – показана пластина для перемещения пластины с фильтром.

Фиг. 4 – показано размещение подложкодержателя в воронке Бюхнера.

Фиг. 5 – показано размещение подложкодержателя в воронке Бюхнера

с установленной подложкой, переведенной в положение «0».

Фиг. 6 – показано размещение подложкодержателя в воронке Бюхнера

с установленной подложкой, переведенной в положение «1».

Фиг. 7 – показана подложка, комплектующая подложкодержатель.

Фиг. 8 – показан процесс переноса структуры с фильтра на подложку (а и б) и отделение структуры от подложки (в).

Список использованных источников

1. Schöttle M. et al. A continuous gradient colloidal glass //Advanced Materials. – 2023. – Т. 35. – №. 7. – С. 2208745.

2. Патент РФ на изобретение № 2244984 «Способ изготовления гетероструктуры».

3. Патент РФ на изобретение № 2324643 «Способ получения тонкопленочного нанокомпозитного покрытия на твердотельной подложке».

4. Патент РФ на изобретение № 2621558 «Процесс переноса микроструктур на конечную подложку».

5. Патент РФ на изобретение № 2683808 «Устройство для отделения от подложки композитной структуры на основе полупроводниковой пленки (варианты)».

Изобретение используется в установках вакуумной фильтрации для получения нано- и микроструктурированных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что подложкодержатель для устройства формирования наноструктуры методом вакуумной фильтрации, размещаемый в воронке Бюнхера, представляет собой открытый цилиндрический корпус – стакан, оснащенный щелями для размещения подложки, с установленной пластиной для размещения мембранного политетрафторэтиленового (PTFE) фильтра c диаметром пор 200 нм, при этом обратная сторона пластины для размещения фильтра имеет гладкое глухое отверстие для установки винта перемещения пластины относительно корпуса, в дне которого установлена с натягом гайка, ответная винту, а в дне корпуса и пластине для размещения фильтра предусмотрены сквозные отверстия для осуществления вакуумной откачки фильтрата. 8 ил.

Подложкодержатель для устройства формирования наноструктуры методом вакуумной фильтрации, размещаемый в воронке Бюнхера, отличающийся тем, что подложкодержатель представляет собой открытый цилиндрический корпус – стакан, оснащенный щелями для размещения подложки, с установленной пластиной для размещения мембранного политетрафторэтиленового (PTFE) фильтра c диаметром пор 200 нм, при этом обратная сторона пластины для размещения фильтра имеет гладкое глухое отверстие для установки винта перемещения пластины относительно корпуса, в дне которого установлена с натягом гайка, ответная винту, а в дне корпуса и пластине для размещения фильтра предусмотрены сквозные отверстия для осуществления вакуумной откачки фильтрата.