| Summary: | lämmönjohtumista voidaan hallita fononikiteen (PnC) avulla, joka on yksi-, kaksi- tai kolmiulotteinen periodinen rakenne. Fononikiteen geometrialla on merkittävä vaikutus sen lämmönjohtavuuteen.
Fononikiteen valmistus on erittäin tarkkaa ja haastavaa. Pienetkin viat tai epäpuhtaudet voivat heikentää näytteen laatua. Valmistusprosessi sisältää useita nanoteknologiassa yleisesti käytettyjä laitteita. Tässä pro gradu -tutkielmassa kehitetään yksityiskohtainen valmistusprosessi heksagonaalisen, rei’itetyn fononihilan tuottamiseksi hyvin pienellä jaksollisuudella. Fononihilan valmistukseen piinitridille (SiN) käytettiin kahta eri menetelmää. Ensimmäisessä menetelmässä käytettiin alumiinioksidikalvoa (Al2O3) kovana maskina etsausprosessissa. Toisessa menetelmässä käytettiin ainoastaan positiivista resistiä maskina. Alumiinioksidimaski mahdollistaa ohuemman maskikerroksen kuin resisti, mikä parantaa etsausaineen pääsyä substraatin pinnalle.
Molemmilla menetelmillä valmistettiin useita näytteitä, joiden hilavakiot vaihtelivat välillä 200–350 nm. 280 nm hilavakiolla täyttösuhde oli 46 %. Täyttösuhteen havaittiin kasvavan suuremmilla hilavakioilla. Alumiinioksidimaskilla valmistetut näytteet etsaantuivat liikaa, mikä johti hilarakenteen poistumiseen. Sen sijaan resistimaskilla valmistetut näytteet onnistuivat hyvin, ja niissä havaittiin suorat seinämät ja vähäinen pinnan karheus.
In semiconductors and insulators, heat is primarily transported via phonons. This phonon thermal transport can be engineered using a phononic crystal (PnC), a periodic structure in one, two, or three dimensions. The geometry of the phononic crystal plays a significant role in determining its thermal conductivity.
The fabrication of phononic crystals is a highly precise and challenging process. Even minor defects or contamination can compromise the integrity of the sample. The fabrication workflow involves several advanced tools commonly used in nanotechnology. In this master’s thesis, a detailed fabrication process is developed to produce a hexagonal hole-patterned phononic lattice with very low period. Two fabrication approaches were employed to create the phononic lattice on silicon nitride (SiN). The first method utilized an aluminum oxide (Al2O3) thin film as a hard mask during the etching process. The second method relied solely on a positive resist as the etching mask. The aluminum oxide mask allows for a thinner masking layer compared to the resist, thereby facilitating more effective access of the etching agent to the substrate surface.
Multiple samples were fabricated using both methods, with lattice constants ranging from 200 nm to 350 nm. For a lattice constant of 280 nm, the hole filling factor was measured at 46 %. The filling factor was found to increase with larger lattice constants. However, samples fabricated with the aluminum oxide mask experienced over-etching, which led to the complete removal of the lattice structure. In contrast, the resist-based method yielded successful results, producing straight sidewalls with minimal surface roughness.
|
|---|