Investigation of electron-beam-induced chemical vapor deposition of iron and gold nanostructures in the low pressure chamber of a differentially pumped scanning electron microscope

Abstract

Diese Dissertation behandelt das Nanostrukturierungsverfahren elektronenstrahl-induziertes Abscheiden. Bei diesem Verfahren wird ein Precursorgas gezielt in das Vakuumsystem eines elektronenoptischen Systems (z.B.: Rasterelektronenmikroskop) eingebracht und durch den Elektronenstrahl lokal zersetzt. Diese lokalisierte chemische Gasphasenabscheidung kann in weiterer Folge, durch gezieltes Bewegen des Elektronen-strahls, zum direkten Schreiben von Strukturen und somit als Nanostrukturierungsmethode verwendet werde. Während diese Methode bereits in den 1960er Jahren erstmals untersucht wurde, besteht immer noch ein großer Bedarf an Forschung und Entwicklung um diesen Prozess besser steuern und verstehen zu können. Gerade in der heutigen Zeit, wo Nanostrukturierung immer wichtiger wird und die Strukturen immer kleiner werden, bedarf es gut charakterisierter und reproduzierbarer Strukturierungsprozesse und somit gezielter Forschung auch auf dem Gebiet der elektronenstrahlinduzierten Abscheidung, damit diese Methode Akzeptanz in der Forschung und Entwicklung neuer Technologien findet.<br />Diese Arbeit beschäftigt sich daher damit, welche Parameter Auswirkung auf das Abscheideverhalten zeigen, ob diese Parameter beeinflusst werden können und soll somit einen wesentlichen Beitrag zum besseren Verständnis des Abscheideprozesses führen.<br />

This thesis is based on the investigation of the direct write nanofabrication technique named "focused electron beam induced deposition" (FEBID). Hereby a focused electron beam in the presence of a precursor gas induces a localized chemical surface reaction leading to the deposition (chemical vapor deposition). By controlled scanning of the electron beam along a predefined patter this localized chemical reaction can be used as a structuring technique on the nanometer scale.<br />While investigation in this field of research goes back to the 1960s there are still numerous open questions that have to be answered before the technique will be totally accepted as a potential nanofabrication technique. In this thesis the main focus lies on the understanding of the mechanisms leading to FEBID and especially on the gas-related as well as beam-related parameters available to tune the process. In the last few years many potential applications based on this technique were presented and some novel applications are outlined in this thesis.