Estudio de la oxidación local de superficies de silicio mediante microscopía de fuerzas y sus aplicaciones a la nanolitografía

Abstract

En este trabajo de tesis se ha optimizado el metodo de oxidación local mediante AFM en no-contacto para la modificación de superficies. Se ha logrado una resolución lateral de 10 nm en la escritura de motivos de óxido sobre superficies de silicio (100) y de titanio. Se ha demostrado que la operación en el modo de no-contacto proporciona a la técnica una elevada reproducibilidad y fiabilidad, pues permite que se preserve la calidad de las puntas, incluso tras escribir miles de marcas de óxido. El estudio de la formación de capilares liquidos entre la punta de AFM y la superficie ha permitido comprender el mecanismo de la oxidación cuando punta y superficie se encuentran separadas a una distancia mayor que el doble del radio de kelvin (>2 nm para HR <70%). Se ha demostrado que la formación de un menisco de agua entre la punta y la superficie en condición necesaria para que pueda producirse la oxidación. El estudio de estos capilares liquidos inducidos por campo electrico, en particular la determinacion de las propiedades de estos cuellos y su influencia en el confinamiento de la reacción de oxidación, ha mostrado que la formación de meniscos líquidos es un factor determinante en la resolución para la escritura de marcas de óxido. Las marcas de óxido obtenidas por oxidación en no-contacto se han utilizado para la escritura de un prototipo de memoria de almacenamiento de información a largo plazo. Se ha escrito una matriz de 4864 puntos de óxido de silicio. Cada punto de óxido tiene un diámetro de 10 nm y 1 nm de altura y estan separados una distancia de 40 nm. El area total ocupada por la matriz de puntos es de 8 um2. Si se considera que cada uno de los puntos y cada espacio que los separa constituye un bit de información la densidad de almacenamiento obtenida es de 122 Gbits/cm2. Utilizando la oxidación local en el regimen de no-contacto se han fabricado tambien dispositivos activos. La litografía m