A New Technique for Nanolithography Using Electrohydrodynamic Method and Argon Ion Etching Process

Abstract

Mikro ve nano yapı gerektiren cihazlar için çeşitli litografi teknikleri kullanılmaktadır. Günümüzde kullanılan litografi yöntemlerinde çok aşamalı prosesler veya yüksek maliyet sorunlarıyla karşılaşılabilmektedir. Çeşitli polimerlerden elde edilebilen ve yüksek elastikiyete sahip olan nanofiberler, cihaz geliştirmede sıklıkla kullanılmaktadır. Elektroeğirme yöntemi, nanofiberlerin istenilen kompozisyon ve çapta üretilebilmesi ve yakın mesafede kontrol edilerek desenlenebilmeleri nedeniyle, araştırmacılar tarafından sıklıkla tercih edilmektedir. Bu tezin amacı, elektrohidrodinamik yöntem ile üretilen nanofiberler ve argon iyon aşındırma işlemini kullanarak yeni bir tür nanolitografi tekniği geliştirmektir. İlk aşamada nanofiberler, termal buharlaştırma ile krom, gümüş ve altın ile kaplanmış silikon ve cam alttaşlar üzerine desenlendi. Sonrasında desenlenmiş yapılara sırasıyla argon iyon aşındırma ve polimer kaldırma işlemleri uygulanarak metalik desenler üretildi. Metalik desenlerin elektriksel karakterizasyonu, iki nokta ölçüm yöntemiyle gerçekleştirildi. Desenlerin morfolojisi, kaldırma işleminden önce ve sonra Atomik Kuvvet Mikroskobu ile elde edildi. Yapıların element analizi, Taramalı Elektron Mikroskobu-EDX ile yapıldı. Sistem parametrelerinin optimize edilmesiyle, nanofiberler ile alttaşlar üzerinde birbirine bağlı interdigitated yapıları içeren çeşitli metalik desenler başarılı bir şekilde üretildi. Sonuç olarak, nanofiberler önceki çalışmalarda kullanılmak için üretilirken, bu tezde nanofiberler bir araç olarak kullanılarak yeni bir nanolitografi yöntemi geliştirildi.

Various lithography techniques are used in the production of devices that require micro and nano structure. Nowadays, multi-stage processes or high-cost problems can be encountered in the lithography methods used. Nanofibers, which can be obtained from various polymers and have high elasticity, are frequently used in device development. In the electrohydrodynamic method nanofibers can be produced in desired composition and diameter and can be easily controlled at close range has caused them to be frequently preferred. The objective of this thesis is developing a new type of nanolithography technique using the electrohydrodynamic method and argon ion etching process. First, nanofibers were patterned on silicon and glass substrates thermally coated with chromium, silver and gold. Afterwards, metallic patterns were developed by applying argon ion etching and polymer removal processes to the patterned structures, respectively. The electrical characterization of the metallic patterns was carried out by the two-probe method. The morphology of the patterns was obtained by Atomic Force Microscopy before and after the removal of polymer process. The elemental analysis of the structures was performed by Scanning Electron Microscopy-EDX. The various metallic patterns including interdigitated structures were successfully produced with nanofibers on the substrates by optimizing the system parameters. Consequently, while nanofibers were produced for use in previous studies, a new nanolithography method was developed by using nanofibers as a tool in this thesis.