納米製造中的計量溯源與測試理論研究

《納米製造中的計量溯源與測試理論研究》是依託西安交通大學，由蔣莊德擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：納米製造中的計量溯源與測試理論研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：蔣莊德
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

納米計量溯源與測試理論是納米製造過程、納米器件/系統性能測試和材料選擇等的關鍵環節和聯繫紐帶，需要進行系統的理論研究。本項目的主要研究內容包括納米樣板的製備與量值溯源，研製能溯源到光波波長的名義尺寸小於10nm的各種納米結構樣板，並對其不確定度進行分析；對納米器件中的線邊緣、線寬、側壁、界面和表面等納米粗糙度進行分析和表征，構造評定基準的數學模型，提出相應的測量操作規範，並研究納米粗糙度對高k氧化鉿和鉍基焦綠石等柵介質、ZnO場效應器件、鐵電存儲器電特性參數的影響規律；對掃描電子顯微鏡的測量精度及其立體成像技術進行研究，用於高深寬比納米結構側壁幾何參數的提取和表征、聚焦離子束加工過程的精確控制。通過本項目的研究，將初步建立納米樣板的製備與溯源、納米粗糙度的分析與表征、納米粗糙度與納米器件/系統性能的關係、納米結構側壁幾何特徵參數的測試等標準評價體系，滿足納米製造技術發展的需要。

結題摘要

本項目針對納米樣板的製備與測量比對、納米粗糙度的分析與表征、納米粗糙度與納米器件/系統性能的關係、納米結構側壁幾何特徵參數的測試等標準評價體系，主要開展了以下研究：採用分子束外延（MBE）技術製備出了公稱尺寸小於10nm的線寬樣板（線寬分別為2nm、4nm、6nm和8nm）和節距樣板（節距為3nm）、採用電漿刻蝕（ICP）方法製備出了100nm的納米單台階、採用聚焦離子束（FIB）製備出了50+50nm的納米雙台階樣板、採用原子層沉積（ALD）方法製備出了8nm、18nm和44nm的納米台階高度樣板，並進行國內外測量比對；對LER/LWR進行分析和表征，得到了LER/LWR的量化表征參數體系，建立了基於Motif參數的納米粗糙度表征方法，並基於新一代GPS技術確立了SEM/TEM的納米粗糙度測量不確定度的傳遞模型，對納米粗糙度的GPS不確定度進行了分析和估計，並開發了一套基於新一代GPS的納米粗糙度數位化計量工具軟體系統；製備了高k柵介質氧化鉿（HfO2）薄膜、鉍基焦綠石（BZN）介電薄膜、鐵電鋯鈦酸鉛（PZT）薄膜、基於BZN柵介質的氧化鋅（ZnO）場效應原型器件、基於PZT薄膜的電晶體（TFT）等一批電介質薄膜和電子器件，研究了工藝參數、薄膜表面形貌、表面和界面粗糙度等與其電學性能之間的關係；採用FIB製備了高深寬比納米結構、採用納米球刻蝕技術（NSL）製備了高度有序納米孔、納米諧振腔、大面積三角納米柱陣列等結構，研究了不同納米結構的製備工藝，納米球直徑、納米球模板、製備工藝參數等與納米結構的關係，研究了由二維斷層截面圖構造三維數學模型的技術和方法，採用SEM立體成像方法實現了SEM三維圖像的重構；採用電子束直寫（EBL）工藝在抗蝕劑上製備出了納米柵線結構，按照新一代GPS的操作和運算元理論，對其SEM圖像進行了提取、濾波、擬合等的預處理操作，建立了納米粗糙度的測量不確定度傳播模型，並量化研究了SEM的測量不確定度。課題已經發表論文122篇（均標註了基金號），其中被SCI、EI、ISTP收錄93篇（SCI收錄66篇）；撰寫英文專著1本，參與撰寫國外專著3章節；申請國家發明專利16項，其中授權5項；培養畢業研究生41名（畢業博士研究生19名，其中1人獲陝西省優秀博士學位論文）。