Focused Electron Beam Induced Deposition (FEBID) verwendet Überschallgasstrahls zur schnellen Erstellung 3D-Nanostrukturen

Forscher des Georgia Institute of Technology beschleunigen mit dem Focused Electron Beam Induced Deposition (FEBID) Verfahren das Drucken von 3D-Nanostrukturen.

In einer Vakuumkammer werden sowohl ein energiereicher Elektronen Strahl sowie ein Strahl aus einem thermisch angeregten Vorläufergas auf einem bestimmten Punkt auf einem Substrat fokussiert. Ein Mikrokapillarinjektor in der Größe von wenigen Mikrometern beschleunigt dann winzige Strahlen gasförmiger Moleküle auf Überschallgeschwindigkeit. Die Überschallgeschwindigkeit hilft, die chemische Bindung zwischen den Elektronen aufzubrechen, um beschleunigt so den Druckprozess. Die Moleküle adsorbieren auf dem Substrat und werden so kontrolliert abgeschieden. Damit lassen sich komplexe 3D-Nanostrukturen direkt erzeugen.

Basierend auf der beobachteten exponentiellen Verstärkung des Molekültransports und der Reaktionsgeschwindigkeit entwickelten die Forscher eine neue Theorie sowie ein nanoskaliges thermometrisches Modell, um die adsorbierten Atome als Reaktion auf den Überschallaufprall auf effektive und Oberflächentemperatur vorherzusagen. Sie entdeckten dabei einen neuen Zustand des radikalischen thermischen Ungleichgewichts in oberflächenadsorbierten Molekülen, der die schnellere Oberflächendiffusion von energiegeladenen adsorbierten Atomen ermöglicht, ohne die Oberflächentemperatur des Substrats zu verändern. Ändert man die effektive Temperatur der adsorbierten Atome kann damit die Oberflächendiffusionsrate beeinflusst werden. Diese Erkenntnisse könnten die Grundlage zur Entwicklung neuer nano-Herstellungsprozesse bilden, die von einer Oberflächendiffusion von Vorläufermolekülen abhängig sind.

In einer zukünftigen Studie möchten die Forscher nun Hybridstrahlen – bestehend aus einem energiereichen Inertgas sowie Vorläufergasen, einsetzen die eine Beeinflussung der Materialzusammensetzung während des 3D-Drucks ermöglichen könnte.