15, 000 lysstråler:Kuglepenne, der skriver med lys, tilbyder billige, hurtige nanofabrikationsevner

(PhysOrg.com) -- Én Chicago skyline er blændende nok. Forestil dig nu 15, 000 af dem.

Et forskerhold fra Northwestern University har gjort netop det - tegning 15, 000 identiske skylines med små lysstråler ved hjælp af en innovativ nanofabrikationsteknologi kaldet beam-pen litography (BPL).

Detaljer om den nye metode, som kunne gøre for nanofabrikation, hvad den stationære printer har gjort for udskrivning og informationsoverførsel, udkommer 1. august af tidsskriftet Natur nanoteknologi .

Northwestern-teknologien tilbyder et middel til hurtigt og billigt at lave og prototype kredsløb, optoelektronik og medicinsk diagnostik og lover mange andre applikationer inden for elektronik, fotonik- og biovidenskabsindustrien.

"Det handler om miniaturisering, "sagde Chad A. Mirkin, George B. Rathmann professor i kemi ved Weinberg College of Arts and Sciences og direktør for Northwesterns International Institute for Nanotechnology. "Hurtig og storstilet overførsel af information driver verden. Men konventionelle mikro- og nanofabrikationsværktøjer til fremstilling af strukturer er meget dyre. Det forsøger vi at ændre på med denne nye tilgang til fotolitografi og nanomønster."

Ved hjælp af beam-pen litografi, forskerne tegnede 15, 000 kopier af Chicagos skyline (med Willis Tower og John Hancock Center) samtidigt på cirka en halv time. Femten tusinde små kuglepenne deponerer skylines over kvadratcentimeters plads. Konventionelle nanomønsterteknologier, såsom elektronstrålelitografi, tillade en at lave lignende små strukturer, men er i sagens natur lav gennemstrømning og tillader ikke, at man foretager stor nanofabrikation.

Hvert skyline -mønster består af 182 prikker, med hver prik cirka 500 nanometer i diameter, som hver pennespids. Tiden for lyseksponering for hver prik var 20 sekunder. Den nuværende metode giver forskere mulighed for at lave strukturer så små som 150 nanometer, men forbedringer af penarkitekturen vil sandsynligvis øge opløsningen til under 100 nanometer. (Selvom det ikke er rapporteret i avisen, forskerne har skabt en række af 11 millioner kuglepenne i et område på kun få centimeter i kvadrat.)

Stråle-pen-litografi er den tredje type "pen" i Mirkins nanofabrikationsarsenal. Han udviklede polymer-pen litografi (PPL) i 2008 og Dip-Pen Nanolithography (DPN) i 1999, som begge leverer kemiske materialer til en overflade og siden er blevet kommercialiseret til forsknings-grade nanofabrikationsværktøjer, der nu bruges i 23 lande rundt om i verden.

Ligesom PPL, beam-pen litografi bruger en række små penne lavet af en polymer til at udskrive mønstre over store områder med nanoskopisk gennem makroskopisk opløsning. Men i stedet for at bruge et "blæk" af molekyler, BPL tegner mønstre ved hjælp af lys på et lysfølsomt materiale.

Hver kuglepen er i form af en pyramide, med spidsen som spids. Forskerne dækker pyramiderne med et meget tyndt lag guld og fjerner derefter en lille mængde guld fra hver spids. Pyramidernes store åbne toppe (matrixens bagside) udsættes for lys, og de guldbelagte pyramider kanaliserer lyset til spidserne. En fin lysstråle kommer fra hver spids, hvor guldet blev fjernet, udsættelse af det lysfølsomme materiale på hvert punkt. Dette giver forskerne mulighed for at udskrive mønstre med stor præcision og lethed.

"En anden fordel er, at vi ikke behøver at bruge alle penne på én gang - vi kan lukke nogle af og tænde for andre, " sagde Mirkin, som også er professor i medicin og professor i materialevidenskab og teknik. "Fordi toppen af ​​pyramiderne er på mikroskalaen, vi kan kontrollere hvert enkelt tip."

Beam-pen litografi kunne føre til udviklingen af ​​en slags desktop printer til nanofabrikation, giver de enkelte forskere stor kontrol over deres arbejde.

"Et sådant instrument ville gøre det muligt for forskere på universiteter og i elektronikindustrien rundt om i verden hurtigt at prototype - og muligvis producere - højopløsnings elektroniske enheder og systemer direkte i laboratoriet, " sagde Mirkin. "De ønsker at teste deres mønstre med det samme, ikke at vente på, at en tredjepart producerer prototyper, hvad der sker nu."