Chiari: Lezione su estrazione di fasci di ioni in atmosfera (2012)Massimo Chiari
Slide delle lezioni su estrazione di un fascio di particelle in atmofera nell'ambito del corso "Tecniche di analisi con fasci di ioni", corso di Laurea Magistrale in Fisica e Astrofisica, Univ. Firenze AA 2011-2012 (Massimo Chiari, P.A. Mandò).
Chiari: Lezione su danneggiamento di materiali in misure IBA (2012)Massimo Chiari
Slide delle lezioni sul danneggiamento di materiali in misure IBA nell'ambito del corso "Tecniche di analisi con fasci di ioni", corso di Laurea Magistrale in Fisica e Astrofisica, Univ. Firenze AA 2011-2012 (Massimo Chiari, P.A. Mandò)
Chiari: Introduzione alle tecniche di Ion Beam Analysis, IBA (2012)Massimo Chiari
Slide della lezione introduttiva sulle tecniche IBA (Ion Beam Analysis) nell'ambito del corso "Tecniche di analisi con fasci di ioni", corso di Laurea Magistrale in Fisica e Astrofisica, Univ. Firenze AA 2011-2012 (Massimo Chiari, P.A. Mandò)
Chiari: Lezione su Particle Induced Gamma-ray Emission, PIGE (2012)Massimo Chiari
Slide delle lezioni sulla tecnica PIGE (Particle Induced Gamma-ray Emission) nell'ambito del corso "Tecniche di analisi con fasci di ioni", corso di Laurea Magistrale in Fisica e Astrofisica, Univ. Firenze AA 2011-2012 (Massimo Chiari, P.A. Mandò)
Chiari: Lezione su estrazione di fasci di ioni in atmosfera (2012)Massimo Chiari
Slide delle lezioni su estrazione di un fascio di particelle in atmofera nell'ambito del corso "Tecniche di analisi con fasci di ioni", corso di Laurea Magistrale in Fisica e Astrofisica, Univ. Firenze AA 2011-2012 (Massimo Chiari, P.A. Mandò).
Chiari: Lezione su danneggiamento di materiali in misure IBA (2012)Massimo Chiari
Slide delle lezioni sul danneggiamento di materiali in misure IBA nell'ambito del corso "Tecniche di analisi con fasci di ioni", corso di Laurea Magistrale in Fisica e Astrofisica, Univ. Firenze AA 2011-2012 (Massimo Chiari, P.A. Mandò)
Chiari: Introduzione alle tecniche di Ion Beam Analysis, IBA (2012)Massimo Chiari
Slide della lezione introduttiva sulle tecniche IBA (Ion Beam Analysis) nell'ambito del corso "Tecniche di analisi con fasci di ioni", corso di Laurea Magistrale in Fisica e Astrofisica, Univ. Firenze AA 2011-2012 (Massimo Chiari, P.A. Mandò)
Chiari: Lezione su Particle Induced Gamma-ray Emission, PIGE (2012)Massimo Chiari
Slide delle lezioni sulla tecnica PIGE (Particle Induced Gamma-ray Emission) nell'ambito del corso "Tecniche di analisi con fasci di ioni", corso di Laurea Magistrale in Fisica e Astrofisica, Univ. Firenze AA 2011-2012 (Massimo Chiari, P.A. Mandò)
Properties of consolidant and protective materials modified with nanoparticles were analyzed following their application onto marble and travertine samples. To this purpose different solutions of an acrylic resin and a silicon-based polymer with dispersed silica and titania nanoparticles were prepared. Artificial aging processes, both in climatic chamber and in solar box, were carried out to simulate real degradation processes in terms of photo-thermal effects and mechanical damage. The relative durability of the two different consolidants as modified by nanoparticles was evaluated comparatively by means of diverse diagnostic techniques, namely: scanning electron microscopy (SEM), laser induced fluorescence (LIF), ultrasonic sound, colorimetry, total immersion water absorption and contact angle. The results
demonstrate that nanoparticles enhance the effectiveness of consolidant and protective materials because they induce substantial changes of surface morphology of the coating
layer and counter the physical damage observed during artificial weathering, especially in alkylsiloxane products.
L'occhio del biologo: elementi di fotografiaMarco Benini
The slides of the course "L'occhio del biologo", Alta Formazione, Università degli Studi dell'Insubria.
It is a small course on the fundamentals of photography oriented towards the scientific photography in a biological laboratory.
Geometrical Optics: Electromagnetic waves, Black body radiation; Reflection law, plane mirror, curved mirror (concave mirror and convex mirror), graphical methods; Refraction law (Snell law), chromatic dispersion, total internal reflection, optical fibers, diopter, apparent depth and mirages, lens and thin lens, Converging and Diverging Lens, image formation, optical systems, the eye, the microscope, main microscopy techniques
Ottica Geometrica: Onde elettromagnetiche, radiazione di corpo nero; legge della riflessione, specchio piano, specchi curvi (specchio concavo e specchio convesso), metodi grafici; legge della rifrazione (legge di Snell), dispersione cromatica, riflessione interna totale, fibre ottiche, diottri (diottro convesso, concavo e piano), profondità apparente e miraggi, lenti e lente sottile, lenti convergenti e divergenti, formazione immagine, sistemi ottici, l'occhio, il microscopio, cenni su principali tecniche di microscopia
I. Electronic properties of nanomaterials.
Physics of inorganic nanostructures: Band structure engineering, quantum confinement, quantum wells/wires/dots, electronic states, energy levels and density of states, selected experimental results on characterization (STS, WF mapping, optical spectroscopy) and applications (lasers, single photon sources, single electron transistors).
Physics of organic nanosystems: Carbon nanostructures (nanotubes, fullerenes and graphene: band structure, Dirac Points, electronic properties, Raman spectra, electronic transport, Klein tunneling and applications), charge transport in conductive polymers and organic semiconductors.
L’uso di materiali superconduttori per la costruzione di cavità RF per gli acceleratori di particelle, permette di ottenere degli alti gradienti di accelerazione con basse perdite termiche.
Tra tutti i possibili materiali, il niobio massivo puro, con Tc = 9.2 K, presenta il migliore comportamento superconduttivo se sottoposto ad alti campi di RF. Per ottenere alti fattori di qualità (Q0) e alti campi acceleranti (Eacc), sono necessarie superfici piatte e libere da difetti superficiali. Le dispersioni si generano in uno strato superficiale di 50-100 nm che presenta
esternamente l’ossido nativo (5-10 nm) solitamente contaminato da polvere ed elementi adsorbiti durante il processo di pulitura superficiale.
I processi di pulitura chimici BCP (Buffer Chemical Polishing) generano ottime
superfici, nel particolare la lucidatura chimica ottenuta con la miscela FNP 1:1:2 (Acido Fluoridrico, Acido Nitrico, Acido Ortofosforico 1:1:2 v/v/v) da Kinter1 offre anche ottimi rendimenti. Nonostante questo, con il miglioramento delle tecniche di produzione, il trattamento finale è diventato il vero fattore limitante per l’ottenimento di gradienti acceleranti superiori a 35-40 MV/m2.
L’EP (Electrochemical Polishing) rappresenta una valida alternativa offrendo, già dalle prime applicazioni, un miglioramento rispetto ai processi chimici standard di lucidatura.
Infatti, anche se non è completamente chiaro il motivo, le superfici elettrolucidate presentano gradienti acceleranti maggiori delle superfici lucidate chimicamente.
D’altronde l’impiego dell’elettrolucidatura, condotta in HF 36% / H2SO4 4%, non evita l’uso di agenti chimici alquanto pericolosi. Nasce da questi presupposti codesto lavoro di tesi che si propone l’ambizioso obiettivo di rendere il processo più sicuro e allo stesso tempo meno costoso.
L’adroterapia fu proposta per la prima volta da Robert R. Wilson nel 1946.
Sfruttando il modo particolare in cui gli adroni carichi depositano energia nella materia, il cosiddetto picco di Bragg, è possibile rilasciare un’elevata dose in tumori anche profondi, limitando l’irradiazione sia dei tessuti sani circostanti che del canale d’entrata. La figura della pagina seguente mostra come diversi tipi di radiazione depositano energia in acqua; in essa è ben visibile il picco degli ioni carbonio.
Gli adroni carichi rilasciano molta della loro energia alla fine del percorso; inoltre, grazie alla loro massa, hanno una traiettoria pressoché rettilinea. Queste due proprietà fondamentali permettono un trattamento conforme in cui la dose viene rilasciata nel bersaglio tumorale con un’accuratezza più elevata rispetto alla radioterapia convenzionale che si avvale di elettroni e fotoni. I tumori per i quali è indicata l’adroterapia sono quelli localizzati nella base cranica, sul fondo dell’occhio e lungo la colonna vertebrale, ma anche i tumori pediatrici, i tumori del sistema nervoso centrale, della prostata, del fegato,
dell’apparato gastroenterico e del polmone possono beneficiare di un tale trattamento.Oltre alla miglior conformazione della dose ottenibile con protoni e ioni leggeri, questi ultimi hanno il vantaggio di possedere un’elevato LET (Linear Energy Transfer ).
Questo parametro è legato alla ionizzazione indotta nei tessuti e dipende dal quadrato della carica della particella. Un’elevata densità di ionizzazione permette una doppia rottura della catena del DNA, molto più difficile da riparare di una rottura singola. Non solo, per gli adroni il LET è più elevato nel picco di Bragg che nel canale di entrata. Tuttavia ioni con Z troppo elevato possono causare gravi danni sia nel canale d’entrata che nella coda (cioè oltre il picco di Bragg). La carica Z dello ione va dunque determinata con particolare cura: allo stato attuale delle conoscenze la scelta migliore è lo ione C6+ caratterizzato da una efficacia biologica relativa (RBE) che è circa tre volte quella dei protoni nella regione del picco di Bragg mentre rimane pressoché la stessa nel canale d’entrata. Gli ioni C6+ sembrano quindi essere i più adatti per il trattamento di tumori radioresistenti.1 2
L’acceleratore del CNAO – Centro Nazionale di Adroterapia Oncologico è un
acceleratore normalconduttivo costituito da due sorgenti ECR per la produzione di ioni carbonio C4+ e H3+. Una linea di trasporto a bassa energia LEBT, un acceleratore lineare LINAC costituito da un RFQ ed una struttura IH – DTL che accelera il fascio da 8 keV/u a 7 MeV/u. Il fascio incontra quindi uno stripper foil di Carbonio passando dallo stato di carica tetravalente a quello esavalente per poi essere accelerato dalla cavità RF del sincrotrone.
Le cavità acceleratici del Linac sono strutture normalconduttive in acciaio ramato per via elettrochimica. Risulta di fondamen
Chiari: Lezione su acceleratori di particelle (2012)Massimo Chiari
Slide delle lezioni su acceleratori di particelle e sorgenti di ioni nell'ambito del corso "Tecniche di analisi con fasci di ioni", corso di Laurea Magistrale in Fisica e Astrofisica, Univ. Firenze AA 2011-2012 (Massimo Chiari, P.A. Mandò)
Properties of consolidant and protective materials modified with nanoparticles were analyzed following their application onto marble and travertine samples. To this purpose different solutions of an acrylic resin and a silicon-based polymer with dispersed silica and titania nanoparticles were prepared. Artificial aging processes, both in climatic chamber and in solar box, were carried out to simulate real degradation processes in terms of photo-thermal effects and mechanical damage. The relative durability of the two different consolidants as modified by nanoparticles was evaluated comparatively by means of diverse diagnostic techniques, namely: scanning electron microscopy (SEM), laser induced fluorescence (LIF), ultrasonic sound, colorimetry, total immersion water absorption and contact angle. The results
demonstrate that nanoparticles enhance the effectiveness of consolidant and protective materials because they induce substantial changes of surface morphology of the coating
layer and counter the physical damage observed during artificial weathering, especially in alkylsiloxane products.
L'occhio del biologo: elementi di fotografiaMarco Benini
The slides of the course "L'occhio del biologo", Alta Formazione, Università degli Studi dell'Insubria.
It is a small course on the fundamentals of photography oriented towards the scientific photography in a biological laboratory.
Geometrical Optics: Electromagnetic waves, Black body radiation; Reflection law, plane mirror, curved mirror (concave mirror and convex mirror), graphical methods; Refraction law (Snell law), chromatic dispersion, total internal reflection, optical fibers, diopter, apparent depth and mirages, lens and thin lens, Converging and Diverging Lens, image formation, optical systems, the eye, the microscope, main microscopy techniques
Ottica Geometrica: Onde elettromagnetiche, radiazione di corpo nero; legge della riflessione, specchio piano, specchi curvi (specchio concavo e specchio convesso), metodi grafici; legge della rifrazione (legge di Snell), dispersione cromatica, riflessione interna totale, fibre ottiche, diottri (diottro convesso, concavo e piano), profondità apparente e miraggi, lenti e lente sottile, lenti convergenti e divergenti, formazione immagine, sistemi ottici, l'occhio, il microscopio, cenni su principali tecniche di microscopia
I. Electronic properties of nanomaterials.
Physics of inorganic nanostructures: Band structure engineering, quantum confinement, quantum wells/wires/dots, electronic states, energy levels and density of states, selected experimental results on characterization (STS, WF mapping, optical spectroscopy) and applications (lasers, single photon sources, single electron transistors).
Physics of organic nanosystems: Carbon nanostructures (nanotubes, fullerenes and graphene: band structure, Dirac Points, electronic properties, Raman spectra, electronic transport, Klein tunneling and applications), charge transport in conductive polymers and organic semiconductors.
L’uso di materiali superconduttori per la costruzione di cavità RF per gli acceleratori di particelle, permette di ottenere degli alti gradienti di accelerazione con basse perdite termiche.
Tra tutti i possibili materiali, il niobio massivo puro, con Tc = 9.2 K, presenta il migliore comportamento superconduttivo se sottoposto ad alti campi di RF. Per ottenere alti fattori di qualità (Q0) e alti campi acceleranti (Eacc), sono necessarie superfici piatte e libere da difetti superficiali. Le dispersioni si generano in uno strato superficiale di 50-100 nm che presenta
esternamente l’ossido nativo (5-10 nm) solitamente contaminato da polvere ed elementi adsorbiti durante il processo di pulitura superficiale.
I processi di pulitura chimici BCP (Buffer Chemical Polishing) generano ottime
superfici, nel particolare la lucidatura chimica ottenuta con la miscela FNP 1:1:2 (Acido Fluoridrico, Acido Nitrico, Acido Ortofosforico 1:1:2 v/v/v) da Kinter1 offre anche ottimi rendimenti. Nonostante questo, con il miglioramento delle tecniche di produzione, il trattamento finale è diventato il vero fattore limitante per l’ottenimento di gradienti acceleranti superiori a 35-40 MV/m2.
L’EP (Electrochemical Polishing) rappresenta una valida alternativa offrendo, già dalle prime applicazioni, un miglioramento rispetto ai processi chimici standard di lucidatura.
Infatti, anche se non è completamente chiaro il motivo, le superfici elettrolucidate presentano gradienti acceleranti maggiori delle superfici lucidate chimicamente.
D’altronde l’impiego dell’elettrolucidatura, condotta in HF 36% / H2SO4 4%, non evita l’uso di agenti chimici alquanto pericolosi. Nasce da questi presupposti codesto lavoro di tesi che si propone l’ambizioso obiettivo di rendere il processo più sicuro e allo stesso tempo meno costoso.
L’adroterapia fu proposta per la prima volta da Robert R. Wilson nel 1946.
Sfruttando il modo particolare in cui gli adroni carichi depositano energia nella materia, il cosiddetto picco di Bragg, è possibile rilasciare un’elevata dose in tumori anche profondi, limitando l’irradiazione sia dei tessuti sani circostanti che del canale d’entrata. La figura della pagina seguente mostra come diversi tipi di radiazione depositano energia in acqua; in essa è ben visibile il picco degli ioni carbonio.
Gli adroni carichi rilasciano molta della loro energia alla fine del percorso; inoltre, grazie alla loro massa, hanno una traiettoria pressoché rettilinea. Queste due proprietà fondamentali permettono un trattamento conforme in cui la dose viene rilasciata nel bersaglio tumorale con un’accuratezza più elevata rispetto alla radioterapia convenzionale che si avvale di elettroni e fotoni. I tumori per i quali è indicata l’adroterapia sono quelli localizzati nella base cranica, sul fondo dell’occhio e lungo la colonna vertebrale, ma anche i tumori pediatrici, i tumori del sistema nervoso centrale, della prostata, del fegato,
dell’apparato gastroenterico e del polmone possono beneficiare di un tale trattamento.Oltre alla miglior conformazione della dose ottenibile con protoni e ioni leggeri, questi ultimi hanno il vantaggio di possedere un’elevato LET (Linear Energy Transfer ).
Questo parametro è legato alla ionizzazione indotta nei tessuti e dipende dal quadrato della carica della particella. Un’elevata densità di ionizzazione permette una doppia rottura della catena del DNA, molto più difficile da riparare di una rottura singola. Non solo, per gli adroni il LET è più elevato nel picco di Bragg che nel canale di entrata. Tuttavia ioni con Z troppo elevato possono causare gravi danni sia nel canale d’entrata che nella coda (cioè oltre il picco di Bragg). La carica Z dello ione va dunque determinata con particolare cura: allo stato attuale delle conoscenze la scelta migliore è lo ione C6+ caratterizzato da una efficacia biologica relativa (RBE) che è circa tre volte quella dei protoni nella regione del picco di Bragg mentre rimane pressoché la stessa nel canale d’entrata. Gli ioni C6+ sembrano quindi essere i più adatti per il trattamento di tumori radioresistenti.1 2
L’acceleratore del CNAO – Centro Nazionale di Adroterapia Oncologico è un
acceleratore normalconduttivo costituito da due sorgenti ECR per la produzione di ioni carbonio C4+ e H3+. Una linea di trasporto a bassa energia LEBT, un acceleratore lineare LINAC costituito da un RFQ ed una struttura IH – DTL che accelera il fascio da 8 keV/u a 7 MeV/u. Il fascio incontra quindi uno stripper foil di Carbonio passando dallo stato di carica tetravalente a quello esavalente per poi essere accelerato dalla cavità RF del sincrotrone.
Le cavità acceleratici del Linac sono strutture normalconduttive in acciaio ramato per via elettrochimica. Risulta di fondamen
Chiari: Lezione su acceleratori di particelle (2012)Massimo Chiari
Slide delle lezioni su acceleratori di particelle e sorgenti di ioni nell'ambito del corso "Tecniche di analisi con fasci di ioni", corso di Laurea Magistrale in Fisica e Astrofisica, Univ. Firenze AA 2011-2012 (Massimo Chiari, P.A. Mandò)
3° Presentazione del workshop finale del progetto NPFP
Strutturazione delle superfici mediante laser ad impulsi ultracorti
per una minore sporcabilità
Sito web del progetto: www.npfp.it
L’utilizzo di materiali superconduttori per la costruzione di cavità per acceleratori di particelle consente di produrre campi elettrici estremamente elevati con consumi elettrici contenuti. Il guadagno in termini di potenza dissipata a parità di campo generato rispetto ad una cavità non superconduttiva è di un fattore 105, che compensa ampiamente il dispendio di energia aggiuntivo necessario per portare e mantenere la cavità alla temperatura dell’elio liquido .
La realizzazione e l’utilizzo di cavità acceleratrici in niobio depositato per sputtering su rame anziché in niobio massiccio rappresentano un grande vantaggio sia in termini di costi del materiale che di prestazioni, con questa tecnologia è infatti possibile aumentare notevolmente il fattore di qualità Q della cavità, definito come il rapporto tra l’energia immagazzinata e la potenza dissipata in ogni ciclo di radiofrequenza immesso all’interno della cavità stessa.
Le cavità in niobio depositato su rame in più possiedono una maggiore stabilità meccanica e hanno una migliore dissipazione del calore grazie all’elevata conducibilità termica della struttura di rame.
Sfortunatamente questo tipo di cavità possiede un grande limite, cioè la diminuzione di Q in funzione del campo accelerante che causa forti dissipazioni di potenza all’aumentare del gradiente di campo.
Da studi effettuati al CERN sulle cavità a medio ( = v/c) realizzate in niobio depositato per sputtering su rame, sembra che l’angolo di arrivo degli atomi di niobio sulla superficie della cavità sia un parametro fondamentale per la qualità del film. In particolare è stato calcolato che l’angolo formato dalla direzione di arrivo degli atomi di niobio con la superficie del substrato deve essere maggiore di 28° per ottenere rivestimenti dalla proprietà superconduttive soddisfacenti.
È ben noto in letteratura che l’incidenza obliqua degli atomi che si depositano su di un substrato causa l’originarsi di una morfologia particolare del film in crescita, a causa soprattutto di effetti di ombra generati dalle rugosità del substrato, oppure da nuclei di crescita di atomi del film (auto ombreggiatura) . L’ombreggiatura genera un aumento di rugosità della superficie del film in base a due meccanismi:
1. le depressioni sul substrato ricevono un minor flusso di atomi quando questi arrivano ad angoli di incidenza radenti,
2. la bassa mobilità impedisce agli atomi già depositati di diffondere sulla superficie e ricoprire gli avvallamenti.
Ci si aspetta quindi un aumento di rugosità di un film depositato quanto più la direzione di arrivo degli atomi si allontana dalla normale alla superficie del substrato .
La morfologia del film influisce anche su altre proprietà, in particolare si è osservato che la resistenza residua di un film superconduttore aumenta con la sua rugosità ; data la forma complessa di una cavità acceleratrice ci si aspetta quindi una forte differenza nella
Bachelor presentation on 7Be solar neutrinos in Borexino Phase IILorenzo Donegà
This is the presentation I gave on my graduation. I graduated with a bachelor of Science in Physics. The goal of my thesis is to measure the interaction rate of 7Be solar neutrino flux in the detector Borexino during Phase II.
Borexino is a huge liquid scintillator detector located at Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) in Italy.
Presentazione tesi su misura di neutrini solari da 7Be nella Fase 2 di BorexinoLorenzo Donegà
Questa è la presentazione della mia tesi triennale, nella quale ho misurato il tasso di interazione dei neutrini solari da 7Be nella Fase II dell'esperimento Borexino.
Borexino è un grande rivelatore a scintillatore liquido attivo dal 2007 e situatio ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso.
1. Aumento di NA: Litografia a immersione
• Immergere il sistema in un fluido con indice di rifrazione maggiore di quello dell’aria
(n=1) aumenta la profondità di fuoco e la risoluzione
– Acqua: n=1.45 a 193 nm
2. • Problemi:
– Rigonfiamento del film dovuto all’acqua
– L’acqua deve essere purissima, senza
bolle
– Il rilascio di componenti del resist
nell’acqua deve essere controllato
• Soluzioni:
– Rivestimento trasparente sul resist per
ridurre l’interazione fra resist e acqua
– Engineering del resist per aumentare
l’idrofobicità
– Uso di additivi che non segregano alla
superficie.
3. Sorgenti di luce a bassa lunghezza d’onda
Sviluppo di sorgenti laser a
lunghezza d’onda sempre
minore
4. Litografia nell’UV estremo
Rispetto alla litografia ottica, la
litografia EUV è molto più
complessa.
Per ottenere radiazione
nell’EUV (in particolare a 13.4
nm) si eccita un fascio di Xe
con un laser IR. Dato che non
esistono sostanze trasparenti a
13.4 nm, non si possono
costruire le lenti. L’intero
sistema ottico deve essere fatto
di specchi.
Gli specchi convenzionali non vanno bene; si usano specchi fatti con multistrati impilati
di materiali con costanti dielettriche diverse (solitamente alternando Mo e Si o Be).
Questi specchi riflettono la luce per interferenza costruttiva, lo spessore ottico di ogni
strato deve essere pari a λ/4. La produzione di questi strati è molto costosa.
5. Litografia EUV
50 nm lines fabricated with EUV lithography (~1999)
30 nm features now routinely achieved
I sistemi EUV devono usare un’ottica di riflessione invece che di rifrazione
Sfide di questa nuova tecnologia:
• Fabbricazione dell’ottica inclusi i multi-strati con precisione atomica
• Sviluppo di sorgenti potenti
• Fabbricazione di maschere di riflessione prive di difetti
• Controllo delle contaminazioni (molecolari e particolato)
• Costi
6. X-Ray lithography (XRL)
Sorgente “ottimale”: sincrotrone Maschere:
(fascio intenso e ben collimato)
in genere membrane di Si o
--> proximity mode masks
SiC ricoperte con un metallo
Resist: solitamente PMMA ad alto Z
(sensibilità bassa -->
necesstà di alte dosi, ~ 2
J/cm2 )
Problema: fasci di elettroni
generati dallo scattering di
raggi X su maschera, resist,
substrato, ...
Risoluzione effettiva
~ decine di nm
Vantaggio: profondità di campo (fascio collimato)
--> high aspect ratio features, LIGA,...
8. Litografia da fascio di cariche
Un fascio focalizzato di cariche accelerate può essere usato per la scrittura
(impressione) di un resist e successivo trasferimento del pattern
Tecnica di scrittura “seriale” (pattern
generato in sequenza) --> alti tempi di
processo
(in linea di principio è possibile anche litografia
con maschera su area estesa, ma la
realizzazione della maschera è critica)
Sviluppi recenti: array di emettitori ad
effetto di campo
9. Litografia a fascio elettronico
Fotolitografia - ottica, UV (200nm), DUV(80nm), EUV (10nm)
λ
Risoluzione
Sorgente – Fascio di elettroni
Per una tensione di accelerazione, Vc, di 120KV, λ = 3.36pm
Si utilizza un cannone elettronico per produrre un fascio di elettroni focalizzato
11. I sistemi a scrittura diretta usano un fascio di elettroni che viene fatto muovere
rispetto al wafer per esporre un pixel alla volta
12. Litografia a fascio elettronico
Cross-linking delle catene
Materiale a più alto peso molecolare
Un solvente opportuno può rimuovere le parti
a più basso peso molecolare patterning
resist negativo
Frammentazione delle catene
Materiale a più basso peso molecolare
Un solvente opportuno può rimuovere le parti
esposte patterning
resist positivo
14. Volume di interazione - Risoluzione
La risoluzione è determinata dalle collisioni elettrone-substrato
- Forward scattering (dal resist), - Backward scattering (dal substrato)
- Elettroni secondari
15. Interazione fascio-solido: scattering
Simulazioni Monte-Carlo
Fasci di elettroni con energie
maggiori portano un aumento
dello scattering nel PMMA e nel
substrato
La risoluzione dipende dalle dimensioni dello spot e dallo scattering
degli elettroni incidenti
La risoluzione viene limitata dagli elettroni riflessi e diffusi nel resist
e nel substrato, non dalla diffrazione
Effetto di prossimità: esposizione non voluta dovuta ai processi di
scattering da parte dei punti vicini
La risoluzione migliora per energie del fascio elevate
16. Fotoresist per fasci di elettroni
• PMMA (Poli Metil MetAcrilato)è il resist più comunemente usato in litografia elettronica
• Il PMMA è otticamente trasparente
17. Resists in EBL e risoluzione spaziale
Resists organici (es. PMMA, stessi meccanismi dei fotoresist) oppure inorganici
(es. film sottili di fluoruri, calcogenuri amorfi, AsS, AsSe,…)
Problemi EBL: scattering inelastico degli elettroni da
parte del resist (o substrato)
--> elettroni secondari, raggi-X, etc.
--> riduzione risoluzione spaziale (cfr. anche XRL)
- Uso di resist “robusti” (ad es. inorganici) e
compatti (film sottili policristallini o amorfi)
- Spessori resist ridotti (per evitare fenomeni
secondari), in genere < 100 nm
- Uso di basse differenze di potenziale e controllo
accurato della dose
Risoluzione spaziale ultima fortemente influenzata
dal processo di interazione con il resist (e
substrato)
20. Immagini SEM di nanostrutture d’oro
fabbricate usando litografia a fascio di
elettroni su un resist sottile di PMMA,
seguito da evaporazione di oro e “lift-
off”
21. SCALPEL ( = Scattering with Angular Limitation Projection
Electron-beam)
Possibilità di superare i limiti dovuti al carattere seriale con tecniche di
“proiezione”
Maschera vista dall’alto
Sezione trasversale
Solo gli elettroni che non vengono diffusi passano
attraverso l’apertura e vengono proiettati sul campione
22. Litografia con fascio di ioni focalizzati (FIB)
Componenti FIBL : Specifiche:
Sorgente di ioni Tensione di accelerazione 3-200 kV.
Colonna (ottica) Densità di corrente fino a 10 A/cm2 .
Supporto mobile campione Diametro del fascio 0.5-1.0 μm.
Ioni: Ga+ , Au+ ,Si+ ,Be+ etc.
Il principio operativo di base di un sistema FIB è simile a quello a
fascio elettronico, la principale differenza è l’uso di un fascio di
ioni di gallio (Ga+). Il fascio di ioni è prodotto in una sorgente di
ioni liquido-metallo (LMIS), l’applicazione di un forte campo
elettrico causa l’emissione di ioni positivi da un cono liquido di
gallio. Si usa un insieme di aperture per impostare la corrente del
fascio e quindi la sua dimensione e la risoluzione dell’immagine.
L’energia del fascio è in genere di 30 o 50 keV e la migliore
risoluzione che si può ottenere è circa 5 - 7 nm. Il fascio viene
scansionato sul campione, che è montato in una camera sotto
vuoto alla pressione di circa 10-7 mbar. Quando il fascio colpisce il
campione vengono emessi dalla superficie elettroni e ioni
secondari.
L’intensità degli elettroni o degli ioni viene monitorata e usata per
generare un immagine della superficie. Gli elettroni secondari
sono prodotti in quantità molto maggiori rispetto agli ioni e
forniscono immagini di qualità e risoluzione migliore; quindi la
modalità con gli elettroni secondari viene usata per la maggior
parte delle applicazioni di imaging.
23. Vantaggi dei fasci di ioni:
Sensibilità del resist migliorata
Possono essere focalizzati meglio
Scattering ridotto
Permette processi ibridi quali l’ “ion-induced etching”
e l’impiantazione
Effetti del fascio di ioni sul substrato:
Spostamento degli atomi.
Emissione di elettroni.
Effetti chimici come il cambiamento di solubilità del resist.
Sputtering degli atomi del substrato da parte degli ioni a bassa
energia.
Si può avere un riscaldamento del resist fino a 1500° C