Положій Г. Є. Формування пучків в установках протонно-променевої літографії

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0824U002745

Здобувач

Спеціальність

  • 104 - Фізика та астрономія

24-09-2024

Спеціалізована вчена рада

ДФ1_6618

Інститут прикладної фізики Національної академії наук України

Анотація

Дисертація присвячена дослідженню технології протонно-променевої літографії, яка застосовується у виробництві малорозмірних структур з мікро- та нанометровою роздільною здатністю. Дисертаційна робота складається зі вступу, трьох розділів, висновків, переліку використаних джерел та двох додатків. Обсяг дисертації складає 172 сторінки, з яких 139 сторінок основного тексту. Дисертація містить 62 рисунки і 4 таблиці. Перелік використаних джерел складається зі 100 найменувань. За результатами досліджень опубліковано 18 наукових публікацій, серед яких 5 статей у наукових фахових виданнях України, 1 стаття у іноземному науковому фаховому виданні та 12 тез виступів на наукових конференціях. Мета роботи полягала у теоретичному дослідженні можливості збільшення роздільної здатності доступної технології протонно-променевої літографії до десятків-одиниць нанометрів та експериментальному напрацюванні української технологічної бази пов’язаної з протонно-променевою літографією. В роботі вперше проведено комп’ютерне моделювання динаміки іонного пучка в зондоформуючих системах на основі ортоморфного квадруплету магнітних квадрупольних лінз з одним, двома та трьома октупольними лінзами-коректорами. Продемонстровано теоретичну можливість досягнення роздільної здатності в 10...100 нанометрів.Побудовано формалізм, який описує алгоритм визначення живлення октуполів для повної та часткової корекції сферичних аберацій третього порядку з використанням методу матрицантів. Удосконалено опромінення зразків завдяки впровадженню векторного методу протонно-променевої літографії малорозмірних структур. Векторний метод випробуваний експериментально через створення малорозмірних структур на каналі ядерного скануючого мікрозонду аналітичного прискорювального комплексу “Сокіл” ІПФ НАН України. Удосконалено керування пучком протонів мегаелектронвольтної енергії завдяки впровадженню та випробуванню в експериментальній роботі системи швидкого скидання пучка на каналі ядерного скануючого мікрозонду прискорювального комплексу “Сокіл” Інституту прикладної фізики Національної академії наук України. Вперше проведено експерименти з протонно-променевої літографії по плівкам хітозану, зокрема плівкам хітозану на полікоровій підкладці та товстим не прикріпленим до твердої підкладки плівкам хітозану, покритим тонкими плівками титану, нітриду титану та оксиду цинку. Отримано мікроструктури з заданих з комп’ютера векторних шаблонів, а також лінійні періодичні структури в плівці хітозану на полікоровій підкладці через фокусування протонного пучка в лінію. Результати комп’ютерного моделювання динаміки іонних пучків в зондоформуючих системах на основі ортоморфного квадруплету магнітних квадрупольних лінз вказує на можливість створення установок для протонної літографії з роздільною здатністю десятки-одиниці нанометрів, які можна застосовувати в виробництві наноелектроніки на рівні найкращих сучасних технологічних процесів, при цьому така технологія доступна для реалізації в Україні в найближчому майбутньому з потребою в значно менших інвестиціях ніж було б потрібно для реалізації літографії на жорсткому ультрафіолеті (EUV). Технологія протонно-променевої літографії добре підходить для виготовлення одиничних та дрібносерійних зразків, а застосування відносно простої в реалізації технології наноштампування дасть змогу масштабувати виробництво принаймні в сотні разів, що дасть змогу налагодити масове виробництво передової наноелектроніки. Експериментальні дослідження створення малорозмірних структур з впровадженням векторного методу протонної-променевої літографії та вдосконалення експериментального обладнання каналу ядерного скануючого мікрозонду Інституту прикладної фізики Національної академії наук України демонструють наявність вітчизняної наукової та інженерної бази в галузі виробництва малорозмірних структур та відкривають можливості для подальших досліджень практичних застосувань протонно-променевої літографії. Векторний метод літографії, впроваджений в ході роботи над даною працею, дає змогу створювати структури з плавними лініями без “піксельних” артефактів та значно спрощує масштабування і виготовлення структур певного розміру. Проведені експерименти з літографії по хітозану демонструють можливість протонно-променевої літографії по новим матеріалам, що може бути корисним в технологічних процесах виготовлення малорозмірних структур, зокрема для біомедицини. Технологія протонно-променевої літографії дає змогу виготовляти малорозмірні структури різного спеціального призначення. Серед інших застосувань, зокрема, виділяються фотонні хвилеводи, рідинні структури (в тому числі рідинно-фотонні та рідинно-механічні), дифракційні ґратки для реалізації томографії м’яких тканин методом рентгенівського фазового контрасту, наноштампи для літографії наноструктур, в тому числі для виробництва наноелектроніки. Ці та інші потенційно можливі застосування протонно-променевої літографії потребують подальших експериментальних досліджень.

Публікації

S.V. Kolinko, I.S. Kolinko, H.E. Polozhii, A.G. Ponomarev Beam scanning control system for proton beam writing // East European Journal of Physics, 2021, № 3, 14028, p. 134 — 140

Polozhii H.E., Ponomarev A.G., Kolinko S.V., Rebrov V.A. Vector proton beam writing system // Problems of Atomic Science and Technology, 2022, No. 3, р. 52 — 55

Polozhii H.E., Ponomarev A.G., Kolinko S.V., Rebrov V.A. Vector proton beam writing system // Problems of Atomic Science and Technology, 2022, No. 3, р. 52 — 55

Ponomarev A.G., Kolinko S.V., Polozhii H.E., Rebrov V.A. High demagnification probe-forming systems with spherical aberration correction for a nuclear microprobe // Nuclear Inst. and Methods in Physics Research. B, 2023, V. 543, p. 165102.

Ponomarev A.G., Kolinko S.V., Polozhii H.E., Rebrov V.A. High Resolution Probe-forming System With Spherical Aberration correction for nuclear microprobe // Problems of Atomic Science and Technology, 2023, No. 3, , р 153 — 157

H. Ye. Polozhii, A. G. Ponomarev, S. V. Kolinko, V. A. Rebrov, R. O. Shulipa, O. M. Kalinkevich, O. V. Kalinkevich Proton beam writing: World experience and prospectives in Ukraine // Nuclear Physics and Atomic Energy 2023, volume 24, issue 1, pages 72-80

Oksana Kalinkevich, Hlib Polozhii, Sergey Kolinko, Yevgen Zinchenko, Aleksei Kalinkevich, Sergei N. Danilchenko, Aleksandr G. Ponomarev, Ivan Yu. Protsenko Proton beam writing on chitosan films for bionanomedicine and microfluidics: pilot experiments // Proceedings of the 2020 IEEE 10th International Conference on "Nanomaterials: Applications and Properties", NAP 2020, Sumy State University, 9309570.

Калінкевич О. В., Положий Г.Є., Колінко С. В., Зінченко Є.І., Карпенко А.Ю., Батурин В.А., Пономарьов О.Г., Калінкевич О. М., Данильченко С.М., Controllable structures on the surface of natural polymers made by proton beam writing and femtosecond laser treatment // 7th International Conference "NANOBIOPHYSICS: Fundamental and Applied Aspects", October 4–8, 2021, B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of the NAS of Ukraine, Kharkiv, Ukraine. р.51

O.M. Kalinkevich, O.V. Kalinkevich, E.I. Zinchenko, O.Yu. Karpenko, H.E. Polozhii, S.N. Danilchenko, A.M. Sklyar, I.Buchvarov, L.Angelova, A.Daskalova Chitosan-based nanostructured materials medicine // Proceedings of Ukrainian Conference with International Participation «Chemistry, Physics and Technology of Surface» devoted to the 35th anniversary of the Chuiko Institute of Surface Chemistry of NAS of Ukraine and Workshop «Nanostructures and Nanomaterials in Medicine : Challenges, Tasks and Perspectives». – Kyiv, 2021.

H.E. Polojiy, A.G. Ponomarev, S.V. Kolinko, V.A. Rebrov, V.F. Salivon Vector Proton-Beam Writing System // XXVII Іnternational conference on charged particle accelerators, September 21-24, 2021 Ukraine, Kharkov, р. 91-92

Положій Г. Є., Ребров В. А., Колінько С. В., Саливон В. Ф., Пономарьов О. Г., Калінкевич О. М., Калінкевич О. В., Зінченко Є. І. Вдосконалення каналу протонно-променевої літографії на АПК “СОКОЛ” в Інституті прикладної фізики НАН України // Сучасні проблеми експериментальної, теоретичної фізики та методики навчання фізики: матеріали VІІ Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, молодих учених, науково-педагогічних працівників та фахівців з міжнародною участю, присвяченої 30-річчю незалежності України. м. Суми, 12-14 квітня 2021 р. – Суми: СумДПУ, 2021. – с. 66.

Г. Є. Положій, О. Г. Пономарьов, С. В. Колінько, В. А. Ребров, Р. О. Шуліпа Протонна літографія: Світовий досвід та перспективи в України // XХІХ щорічна наукова конференція Інституту ядерних досліджень НАН України (Київ, 26 - 30 вересня 2022 року), с.72-73.

A.G. Ponomarev, H.E. Polozhii, S.V. Kolinko, V.A. Rebrov, V.F. Salivon Proton beam writing of X-ray difraction gratings using a quadruplet of magnetic quadrupole lenses with individual power supplies // 18-th International conference on nuclear microprobe technology and applications (ICNMTA2022), September 11-16, 2022, Ljubljana, Slovenia, p. 89.

Пономарьов О.Г., Колінько С.В., Положій Г.Є. Формування пучка в установках протонно-променевої літографії високої роздільної здатності // Сучасні проблеми експериментальної, теоретичної фізики та методики навчання фізики: матеріали VІІІ Всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю, м. Суми, 24-26 жовтня 2022 р. – Суми: ІПФ НАН України, 2022. – с. 65.

Пономарьов О.Г., Колінько С.В., Ребров В.А., Положій Г.Є., Салівон В.Ф. Система скидання пучка зі зразка для каналу протонно-променевої літографії аналітичного прискорювального комплексу ІПФ НАН України // Сучасні проблеми експериментальної, теоретичної фізики та методики навчання фізики: матеріали VІІІ Всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю, м. Суми, 24-26 жовтня 2022 р. – Суми: ІПФ НАН України, 2022. – с. 64-65.

Положій Г. Є., Пономарьов О. Г., Ребров В. А., Колінько С. В., Салівон В. Ф., Калінкевич О. М., Калінкевич О. В., Шуліпа Р. О. Протонна літографія в Україні та світі // Сучасні проблеми експериментальної, теоретичної фізики та методики навчання фізики: матеріали ІХ Всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю, м. Суми, 10-12 квітня 2023 року – с. 71-72.

Ponomarev A.G., Kolinko S.V., Polozhii H.E., Rebrov V.A. High demagnification probe-forming systems with spherical aberration correction for nuclear microprobe // Сучасні проблеми експериментальної, теоретичної фізики та методики навчання фізики: матеріали ІХ Всеукраїнської науково-практичної конференції з міжнародною участю, м. Суми, 10-12 квітня 2023 року – с. 13-15.

О.Г. Пономарьов, С.В. Колінько, Г.Є. Положій, В.А. Ребров Зондоформуючі системи високої роздільної здатності з корекцією сферичних аберацій для ядерного скануючого мікрозонду // XХІ конференція з фізики високих енергій та ядерної фізики (Харків, 21 - 24 березня 2023 року), с.13.

Файли

Схожі дисертації