Разработка метода и создание комплекса программ для моделирования формирования микро- и наноструктур фокусированным ионным пучком в многослойных мишенях

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-79-00197

НазваниеРазработка метода и создание комплекса программ для моделирования формирования микро- и наноструктур фокусированным ионным пучком в многослойных мишенях

Руководитель Румянцев Александр Владимирович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" , г Москва

Конкурс №60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-711 - Методы наноструктурирования (нанолитография и сопутствующие процессы)

Ключевые слова Фокусированный ионный пучок, взаимодействие ионов с веществом, метод функций уровня, наноструктуры, метод Монте-Карло

Код ГРНТИ47.13.07, 29.35.43

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Метод фокусированного ионного пучка (ФИП) является важным примером использования заряженных частиц для наноструктурирования поверхностей. Одной из основных особенностей метода ФИП по сравнению с традиционными процессами литографии является возможность формирования объектов заданной формы на поверхности подложек из практически любого материала. Вместе с тем отклик образца на воздействие ФИП, в особенности при формировании структур с высоким аспектным отношением, зависит от целого комплекса сложных процессов взаимодействия высокоэнергетичных ионов с твердым телом. Основной объем исследований в этом направлении выполнялся для простейших структур, содержащих малое число точек остановки пучка в шаблоне распыления, на подложках, состоящих из одного сорта атомов. В то же время целый ряд задач, важных для современных технологий, требует создания рельефа поверхности бинарных материалов, а также их многослойных композиций. Для решения подобных задач, как правило, используется ресурсозатратный и не всегда эффективный метод «проб и ошибок». Особенно сложным и трудоемким является формирование рельефа заданной формы в многослойных мишенях с использованием шаблонов распыления, содержащих большое число точек остановки пучка. Для эффективного решения таких задач требуется новый метод моделирования, учитывающий изменения в химическом составе образца в ходе распыления, в том числе за счет переосаждения атомов, распыленных с разных слоев мишени. Для его разработки необходимо детальное изучение особенностей распыления не только простых веществ, но и бинарных материалов, а также проводимое на основе выявленных закономерностей компьютерное моделирование формирования структур. Для увеличения максимального числа точек в шаблонах структур, допустимого для моделирования, необходима оптимизация процедуры расчетов. Проект нацелен на развитие высокоэффективных методов предсказания формы структур с высоким аспектным отношением с заданными геометрическими параметрами на подложках, содержащих слои различных технологически важных материалов. Разработанные метод моделирования и комплекс программ будут способствовать прецизионному формированию структур и существенным образом упростят процесс их получения. Для вычислений будет использоваться современный высокоэффективный метод функций уровня, хорошо зарекомендовавший себя при решении задач, связанных с расчетом эволюции поверхности при проведении технологических процессов микроэлектроники. Его использование позволит развить метод трехмерного моделирования распыления многослойных структур, основанный на вычислении потоков частиц. Такой подход, в отличие от, например, атомистических методов Монте-Карло и молекулярной динамики, дает возможность моделировать форму структур с реалистичными размерами, а запланированные оптимизации процедуры вычислений, связанные с использованием узкой расчетной полосы и введением дополнительных расчетных сеток вблизи точки остановки пучка, позволят расширить класс доступных для моделирования структур. В работе будет подробно рассматриваться актуальная для задач микроэлектроники система кремний-диоксид кремния (SiO2-Si). Развитые при этом методы могут быть обобщены на системы из большего числа слоев и будут реализованы в разработанном унифицированном комплексе компьютерных программ. Для достижения цели проекта планируются комплексные исследования, включающие теоретический анализ процессов распыления материала образца фокусированным ионным пучком, компьютерное моделирование формируемых с помощью ФИП трехмерных структур, экспериментальное получение этих структур на электронно-ионном микроскопе Helios NanoLab 650, их характеризация методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии и последующее сравнение полученных данных с результатами расчетов. Выполнение задач проекта позволит получать требуемую форму структур с высоким аспектным отношением без многократных экспериментальных реализаций процесса распыления с варьируемыми параметрами шаблона и последующего анализ поперечных сечений методами электронной микроскопии. Разработанный комплекс программ откроет новые возможности для изучения процессов взаимодействия ускоренных ионов с веществом для ранее недоступных сложных конфигураций мишени и шаблонов распыления, и уточнения соответствующих моделей.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. А.В. Румянцев, Н.И. Боргардт, Р.Л. Волков, Ю.А. Чаплыгин Study of silicon dioxide focused ion beam sputtering using electron microscopy imaging and level set simulation Vacuum, Vacuum. – 2022. – P. 111128 (год публикации - 2022)
10.1016/j.vacuum.2022.111128

2. О.В. Подорожний, А.В. Румянцев, Н.И. Боргардт Определение поверхностной энергии межатомной связи для моделирования распыления бинарных материалов ионами галлия методом Монте-Карло XXV МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ «ВИП-2021» Труды XXV Международной конференции. Посвящается 100-летию со дня рождения А.Д. Сахарова. Москва, 2021, XXV Международная конференция Взаимодействие ионов с поверхностью «ВИП-2021». – 2021. – С. 135-139. (год публикации - 2021)

3. А.В. Румянцев, Н.И. Боргардт, Р.Л. Волков Угловая зависимость коэффициента распыления диоксида кремния при воздействии фокусированного пучка ионов галлия XXV МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ «ВИП-2021» Труды XXV Международной конференции. Посвящается 100-летию со дня рождения А.Д. Сахарова. Москва, 2021, XXV Международная конференция Взаимодействие ионов с поверхностью «ВИП-2021». – 2021. – С. 140-143. (год публикации - 2021)

4. А.В. Румянцев, О.В. Подорожний, Р.Л. Волков, Н.И. Боргардт Simulation of silicon carbide sputtering by gallium focused ion beam Semiconductors, Т. 56. – №. 13. – С. 487-492 (год публикации - 2022)
10.1134/S1063782622130085

5. А.В. Румянцев, Н.И. Боргардт, Р.Л. Волков Моделирование распыления многослойных подложек фокусированным ионным пучком Письма в журнал технической физики, том 49, вып. 10, стр. 39-42 (год публикации - 2023)
10.21883/PJTF.2023.10.55433.19533

6. А.В. Румянцев, Н.И. Боргардт Моделирование распыления материала фокусированным ионным пучком методом функций уровня с учетом вторичных эффектов XXIX Российская конференция по электронной микроскопии. Сборник тезисов., – 2021. – С. 135-139. (год публикации - 2022)

7. О.В. Подорожний, А.В. Румянцев, Р.Л. Волков, Н.И. Боргардт Моделирование процессов распыления материала и имплантации галлия при воздействии фокусированного ионного пучка на кремниевую подложку Известия высших учебных заведений. Электроника (год публикации - 2023)

Публикации