Templated fabrication of periodic nanostructures based on laser interference lithography

Abstract

Im Rahmen dieser Dorktorarbeit werden die Grundlagen der Laser Interferenz Lithographie (LIL) und dessen experimenteller Aufbau, Lloyd's-Spiegel Interferometer, beschrieben, der die parallele Herstellung von periodischen Nanostrukturen, wie Linienstrukturen und Loch- und Dot-Gitter mit einer Periode von 170 nm zu 1.5 µm auf bis zu 4 Zoll Fläche erlaubt. Die folgenden neuartigen Anwendungen solcher Nanostrukturen wurde in dieser Arbeit entwickelt: (1) In Verbunden mit Atomic Layer Deposition (ALD) und elektrochemischer Abscheidung wurden periodische Nanostab- oder Nanoring-Ensembles in cm2-Maßstab hergestellt. (2) Großflächige Si3N4- und Ni-Imprintstempel mit periodischen Strukturen wurden von Master-Strukturen replizirt. Die Stemple wurden für die Vorstrukturierung der Aluminiumoberfläche eingesetzt, wodurch anschließend großflächigen monodomänige Aluminiumoxid-Membranen mittels Eloxal-Process erzeugt wurden. Die periodische Gitter- und Nanogräben und horizontale Nanoporen mit sub-50 nm Strukturgröße wurde auf Siliziumsubstraten durch Verminderung der Strukturgrößen mittels mehrfacher thermischer Oxidation erzielt. Die periodischen horizontalen Nanoporen mit quadratischem Querschnitt wurde mittels einer Fotolackopferschicht erzeugt.

The fundamentals of laser interference lithography (LIL) and the experimental setup - Lloyd’s-Mirror Interferometer- are described, which allows the parallel fabrication of periodic nanostructures, such as grating and hole/dot arrays, with a period ranging from 170 nm to 1.5 µm on 4-inch wafer areas. The following novel nanostructured applications have been developed: (1) Combined with electrodeposition or atomic layer deposition techniques, large-scale nanowire and nanoring arrays have been fabricated. (2) Wafer-scale Si3N4 and Ni imprint stamps with periodic imprint structures have been replicated from master structures generated by LIL. They were employed for the prestructuring of the aluminium surfaces prior to the anodization process and thus wafer-scale long-range ordered porous alumina membranes have been obtained; (3) Fin-like nanostructure arrays, nanogroove arrays and sealed hollow nanochannel arrays in silicon with EBL competitive resolutions have been obtained in combination with oxidative size-reduction strategy. Nanochannel arrays with square channel profiles are available with sacrificial resist method based on LIL generated grating structures.