La escritura con haz de protones (o escritura con haz p ) es un proceso de litografía de escritura directa que utiliza un haz enfocado de protones de alta energía ( MeV ) para crear patrones de material resistente en nanodimensiones. [1] El proceso, aunque es similar en muchos aspectos a la escritura directa con electrones , ofrece algunas ventajas interesantes y únicas.
Los protones , que son aproximadamente 1800 veces más masivos que los electrones , tienen una penetración más profunda en los materiales y viajan en una trayectoria casi recta. Esta característica permite la fabricación de estructuras tridimensionales de alta relación de aspecto con paredes laterales verticales y lisas y baja rugosidad en los bordes de las líneas. Los cálculos también han indicado que la escritura con haz de electrones exhibe efectos de proximidad mínimos (exposición no deseada debido a electrones secundarios), ya que los electrones secundarios inducidos en colisiones protón/electrón tienen baja energía. Otra ventaja proviene de la capacidad de los protones para desplazar átomos mientras atraviesan el material, lo que aumenta el daño localizado, especialmente al final del rango. La escritura con haz de electrones produce patrones resistivos en profundidad en silicio , lo que permite la creación de patrones de regiones selectivas con diferentes propiedades ópticas, así como la eliminación de regiones no dañadas mediante grabado electroquímico.
Los mecanismos primarios para producir estructuras en materiales resistentes son, en general, la escisión de enlaces en los resistentes positivos como el PMMA (polimetilmetacrilato), o la reticulación en los resistentes negativos como el SU-8 . En los resistentes positivos, las regiones dañadas por protones se eliminan mediante revelado químico para producir estructuras, mientras que en los resistentes negativos los procedimientos de revelado eliminan el resistente no dañado dejando atrás las estructuras reticuladas. En la escritura con haz de electrones, los electrones primarios y secundarios crean la escisión o reticulación, mientras que en la escritura con haz de electrones el daño es causado por electrones secundarios inducidos por protones de corto alcance . La fluencia de protones requerida para la exposición varía de 30 a 150 nCmm −2 dependiendo del material resistente, y es alrededor de 80 a 100 veces menor que la requerida por la escritura con haz de electrones. Observación : La unidad de la fluencia en la escritura con haz de protones generalmente se da en "carga/área". Se puede convertir en "partículas/área" dividiendo "carga/área" por la carga de un protón, Q = 1,602·10 −19 C.
La escritura con haz de electrones es una nueva tecnología con un gran potencial y tanto los datos experimentales actuales como las predicciones teóricas indican que la estructuración 3D por debajo de los 10 nm es factible. Sin embargo, la falta de un instrumento comercial fácil de usar y de pequeño tamaño está frenando actualmente la amplia gama de campos de aplicación en los que la escritura con haz de electrones podría tener un impacto sustancial. Es de esperar que esto se resuelva en un futuro próximo.