1.5 Force calibration

During the write process, the capacitive platform of the cantilever is at a potential V _h to heat the tip, and the legs of the cantilever are at ground potential. The same voltages are applied to the cantilever for force calibration. The electrostatic force acting on the cantilever at contact (snap in point) with the substrate surface is exactly balanced by the restoring force of the cantilever bending. The force is calibrated from a record of the snap in voltages as a function of the tip-sample offset z and by the spring constant of the cantilever calculated from finite element analysis.

в ходе процесса записи, ёмкостная платформа кантиливера находится под потенциалом Vn, и ножки кантиливера под потенциалом земли. Такие напряжения приложены к кантиливеру для калибровки сил. Электростатическая сила, действующая на кантиливер в контакте с поверхостью подложки, в точности уравновешивается возвращающей силой изгиба кантиливера. Сила калибруется из записи энергий в волтах как функция смещений расстояния игла-образец и коэффициента упругости кантиливера, высчитанного методом конечных элементов.

We note that for the pulse durations used in the experiments, i.e. ~ 5 /is, a substantial force is required to overcome the damping and the inertia of the cantilever structure and pull the tip into contact within the given time window. In Fig. 1C of the manuscript, a minimum force of 100 nN is required to observe any patterning result, even at high temperatures. A large part of this force is needed to dynamically pull the tip into contact.

Отмечаем, что в экспериментах используется длительность импульсов порядка 5 мкс, и необходима существенная сила для преодоления затухания и инерции структуры кантиливера и держать иглу в контакте в рамках данного интервала времени. На рис1С статьи, минимальная сила -100нН необходима чтобы наблюдать любой структурный результат, даже при высоких температурах. Большая часть этой силы необходима для состояния динамического иглы в контакте.

1.6 Transfer process

Fig. S2. Pattern transfer process into silicon. (A) Schematics of the transfer process. A three-layer approach is used to enable deep patterning into silicon. A silicon oxide hard mask is used to amplify the pattern into a polymer transfer layer and finally into the silicon substrate. See text for details. (B) Cross sections along a vertical line in the patterns according to the dashed line shown in panel C. The patterning depth in the resist, in the transfer layer and in the silicon substrate amounts to 8, 70, and 400 nm, respectively. (C) Scanning electron microscopy image of the pattern shown in Fig. 2A of the manuscript transferred 400 nm into silicon.

Процесс передачи структуры в кремний. Схемы процесса передачи. Используется трёхслойный подход для возможности глубокого структурирования в кремнии. Жёсткая маска оксида кремния используется для упрочнения структуры в полимерной проводящем слое и наконец в кремниевой подложке. Смотри подробности в тексте. Поперечные срезы вдоль вертикальной линии в структуре соответствующие пунктирной линии, изображённые на рисунке С. Структурирование глубины в резисте, в проводящем слое и кремниевой подложке в размерах 8 70 и 400 нм соответственно. Изображение, сканированное электронным микроскопом, структуры показано на рис 2а статьи, внесено 400нм в кремний.

A hard-mask strategy as depicted in Fig. S2A has been adopted to amplify the pattern into a resist layer of adequate thickness for nanofabrication. A layer of cross-linked poly(styrene-r-benzocyclobutene) (PS-BCB) (S2) is deposited onto a silicon wafer by spin coating and sub­sequent curing at 200 °C for 1 h. On top of this layer a 3 nm thin SiO₂ hard-mask is sputtered, which is then in turn covered by the molecular glass patterning layer, deposited either by spin coating or physical vapor deposition (step i in Fig. S2A). Depending on the desired

lateral res­olution, the thickness of the organic layers is optimized for the desired patterning depth. For the transfer of the pattern shown in Fig. 2A of the manuscript, which has a depth of 8 nm, a 100 nm thick PS-BCB and a 18 nm thick molecular glass layer were chosen. After writing the pattern into the molecular glass layer (step ii), the residual layer is thinned down to the hard mask using O₂ RIE (step iii). Next the pattern is processed through the hard mask by CHF₃ RIE (step iv), and etched into the PS-BCB transfer layer by O2 RIE (step v). At this stage, the required amplification into a thicker polymer layer has been achieved, and different strategies can be implemented for further processing, such as deposition and lift off of metal layers. Here we chose to transfer the pattern into the Silicon substrate by a RIE process using a mixture of SF₆ and C₄F₈ as etch gas (step vi).