共焦点走査型フォトルミネッセンスを用いたナノ細孔作製中のSiNxの電子・光子ビーム誘起微細変化のマッピング。

Confocal scanning photoluminescence for mapping electron and photon beam induced microscopic changes in SiNx during nanopore fabrication.

• Xiaodong He
• Zifan Tang
• Shengfa Liang
• Ming Liu
• Weihua Guan

抄録

集束電子ビームとレーザービームは、SiNx膜にナノスケールの細孔を形成する能力を示している。製造プロセス中、最終的なナノ細孔の位置を超えた領域は、必然的に電子ビームやレーザービームにさらされることになります。これらの意図しない露出が膜の完全性にどのような影響を与えるかは不明である。本研究では、共焦点走査型フォトルミネッセンス(PL)を用いて、電子ビームやレーザービーム照射の影響下でのSiNxナノ細孔の微細な変化をマッピングすることを実証した。走査型PLの結果を定量的に解釈するためのモデルを開発し、検証した。このモデルは、走査型PLの結果がナノ細孔サイズの影響を受けないことを示している。その代わりに、量子収率プロファイル(電子構造の変化)と膜厚プロファイル(膜厚の減少)という2つのミクロな材料要因の積に支配されていることがわかった。私たちは、膜厚が薄くならない場合でも、電子線やレーザー光が材料の電子構造（量子収率）を変化させることを実験的に実証しました。これらの結果は、膜の微細な健全性を確保するためには、作製時に意図しない電子ビームやレーザービームを最小限に抑えることが重要であることを示唆している。

Focused electron and laser beams have shown the ability to form the nanoscale pores in SiNx membranes. During the fabrication process, areas beyond the final nanopore location will inevitably be exposed to the electron beams or the laser beams due to the need for localization, alignment, and focus. It remains unclear how these unintended exposures affect the integrity of the membrane. In this work, we demonstrated the use of confocal scanning photoluminescence (PL) for mapping the microscopic changes in SiNx nanopores under the influence of electron and laser beam exposure. We developed and validated a model for the quantitative interpretation of the scanned PL result. The model shows that the scanning PL result is insensitive to the nanopore size. Instead, it is dominated by the product of two microscopic material factors: quantum yield profile (i.e., electronic structure variations) and thickness profile (i.e., thinning down of membrane thickness). We experimentally demonstrated that the electron and laser beams could alter the material electronic structures (i.e., quantum yield) even when no thinning down of membrane thickness occurs. Our results suggest the minimizing the unintended e-beam or laser beam to the SiNx during the fabrication is crucial if one desires the microscopic integrity of the membrane.

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