Nanowire electromechanical switch as a tool forsurface characterization

Küçültülmüş boyutların elektromekanik sistemlere faydaları, yüksek performans ve düşük güç tüketimi ile NEMS şeklinde gösterilmiştir. Silikon nanoteller (SiNW) algılama ve aktivasyon alanında dikkat çekici potansiyele sahip önde gelen cihazlardan biridir. Daha fazla özellik için minyatürizasyon yoluyla Q-faktörü ve tınlaşım frekansını geliştirirken, fiziksel özelliklerindeki değişim, boyut azalımınım doğrudan bir sonucudur. Mekanik davranışa olan boyut bağımlılığı esas olarak yüzey alanının önemli katkısına atfedilir. SiNW'in mekanik davranışı üzerindeki ölçek etkisini incelemek için çeşitli girişimler yapılmıştır. Bununla birlikte, modelleme yöntemleri hala deneysel bulgulara tam olarak uymamaktadır. Ayrıca, SiNW'in yüksek boyutlara sahip imalatı, SiNW'in mekanik özellikleri üzerindeki ölçek etkisini incelemek için zorluklar getirmektedir. Termal oksitlenme küçülmek için şimdiye kadar kullanılmıştır. Bununla birlikte, yüzey oksitlenme oluşumu ve boyutu azaltmak için yüksek sıcaklık oksitlenme süreçleri tarafından uygulanan gerilmeler, mekanik davranışın belirlenmesi için zorluklar oluşturmaktadır. Son zamanlarda, nano-ölçekli cihazların imalatı için bir alan salınımlı tarama prob litografisi (FE-SPL) geliştirilmiştir. Bu çalışmada, SiNW anahtarları üretmek için FE-SPL ve kriyojenik aşındırma kombinasyonunu kullandık. Düşük enerjili yayılan ikincil elektronlar, ortam sıcaklıklarında ve oda koşullarında yüksek çözünürlüklü desenlendirme için yakınlık etkilerini en aza indirgemek için, önceki yöntemlerin aksine, FE-SPL litografisinde kullanılır. Üretim süreci, 2 µm'den 4 µm'ye kadar geniş bir boyut yelpazesini, 40 nm'den 100 nm'ye kadar genişliği ve NW ve elektrotlar arasında ortalama 50 Nm'lik bir boşluğu modellemek için kullanılır. Üretim süreci, 14 nm kalınlığında cihaz tabakasına sahip bir silikon-üzeri-izolatör (SOI) substrat üzerinde geliştirilmiştir. FE-SPL'NİN yakın döngü litografi tekniği, çalışma alanının ön görüntülemesini, litografi sürecini ve rölenin kendi kendini harekete geçiren ve kendi kendini algılayan konsol uçlarını kullanarak post-görüntülemesini sağlar. SiNW'in operasyonel davranışı üzerindeki yüzey etkisini incelemek için sonlu elemanlar analizine (FEA) dayalı çok fizikli bir modelleme tekniği geliştirilmiştir. NW algılama modifiyeli Young-Laplace denklemine göre tahmin edilmektedir. Çekme-gerilimi sabit-sabit serbest sınır koşulları için hesaplanır. SiNW'nin çekme-gerilimi üzerinde yüksek en boy oranlarına sahip dikkate değer bir boyut ve sınır durumu etkisi elde edilir. Bu etkiler nicel ve niteliksel olarak analiz edilmiş ve bunları tanımlamak için bir model önerilmiştir. Bu çalışma, deneysel bulgular ve önerilen model arasında bir karşılaştırma yapacaktır. Deney sonuçları SiNW yüzey karakterizasyonu için kullanılacaktır. Bu yaklaşım, yüzey etkisinin SiNW mekanik davranışı üzerindeki çalışmasında tınlaşım ve gerginlik testi gibi alternatiflere kıyasla oldukça basit bir teknikte çekme-kullanımını kolaylaştırır.