電子束原子級3D可以實現新的量子納米器件

通過改變緊密聚焦的電子束的能量和劑量，研究人員證明了在二維氧化石墨烯層上蝕刻掉和沉積高分辨率納米級圖案的能力。無需改變電子束沉積室的化學成分即可完成3-D加法/減法“雕刻”，這為構建新一代納米級結構提供了基礎。

基于聚焦電子束誘導處理(FEBID)技術，這項工作可以允許生產2-D / 3-D復雜納米結構和功能性納米器件，可用于量子通信，傳感和其他應用。對于諸如氧化石墨烯的含氧材料，可以使用來自基板的氧來進行蝕刻而無需引入外部材料。

“通過定時和調整電子束的能量，我們可以激活電子束與氧化石墨烯中的氧的相互作用以進行蝕刻，或者與表面上的碳氫化合物相互作用以產生碳沉積，” Rae S教授安德烈·費多羅夫說。和Frank H. Neely擔任佐治亞理工學院喬治W.伍德拉夫機械工程學院的主席。“有了原子級控制，我們可以使用直接的寫-刪除過程來產生復雜的圖案。量子系統需要在原子級上進行精確控制，這可以實現許多潛在的應用。”

該技術已在8月7日的ACS Applied Materials&Interfaces雜志中進行了描述。這項工作得到了美國能源部科學，基礎能源科學辦公室的支持。合著者包括韓國釜山國立大學的研究人員。

傳統上，納米結構的創建是通過光致抗蝕劑涂覆和通過光或電子束光刻形成圖案的多步工藝完成的，然后進行干法/濕法蝕刻或沉積。該工藝的使用限制了可實現的功能和結構拓撲的范圍，增加了復雜性和成本，并冒著受到多個化學步驟污染的風險，從而為用敏感的二維材料制造新型器件制造了障礙。

FEBIP支持材料化學/現場特定的高分辨率多模原子規模處理，并為具有原位成像功能的二維納米材料的“直接寫入”單步表面構圖提供了前所未有的機會。它允許實現快速的多尺度/多模式“自上而下和自下而上”的方法，范圍從原子尺度操作到納米和微米尺度的大面積表面修飾。