Nanovidenskabsfolk opfinder bedre ætsningsteknik

(PhysOrg.com)-Forestil dig en nano-størrelse, stående på kanten af ​​en snart computercomputer. Ned skyder en stråle af elektroner, udskæring af præcis topografi, der derefter ætses i dybden af ​​Grand Canyon i chippen. Fra forskernes perspektiv ved det amerikanske energiministeriums Argonne National Laboratory, denne forbedrede ætsningsform kunne åbne døren for nye teknologier.

Argonne nanoscientist Seth Darling og kollegaer ved Argonnes Center for Nanoscale Materials and Energy Systems Division siger, at det har potentiale til at revolutionere, hvordan mønstre overføres til forskellige materialer, baner en ny tilgang til den næste generation af energi, elektronik og hukommelsesteknologier.

Innovationen kombinerer nye tricks med en gammel teknologi.

Et af de største nylige spørgsmål, materialevidenskaben står over for, har involveret udviklingen af ​​bedre teknikker til litografier i høj opløsning, såsom elektronstråle, eller e-beam, litografi. E-stråle litografi bruges til at fremstille de mindste strukturer, herunder mikroelektronik og avancerede sensorer; stråler af elektroner er en del af en proces, der "udskriver" ønskede mønstre i stoffet.

Overførsel af mønstre dybere til materialer ville give forskere mulighed for at lave bedre elektronik.

For at oprette et mønster ved hjælp af e-beam litografi, forskere har konventionelt sporet et mønster i et lag kaldet en "resist, ”, Som derefter ætses ind i det underliggende substrat.

Fordi resisten er tynd og skrøbelig, en mellemliggende "hård maske" lægges generelt mellem resisten og substratet. Ideelt set den hårde maske ville klæbe til underlaget længe nok til, at de ønskede træk kunne ætses og derefter fjernes rent - selvom det ekstra lag ofte resulterer i slørhed, ru kanter og ekstra omkostninger og komplikationer.

Men i løbet af de sidste mange år, Darling og hans kolleger har udviklet en teknik kaldet sekventiel infiltrationssyntese (SIS). En anden metode til at opbygge brugerdefinerede designs på nanoskala -niveau, SIS involverer den kontrollerede vækst af uorganiske materialer i polymerfilm. Det betyder, at forskere kan konstruere materialer med unikke egenskaber og endda med komplekse, 3D-geometrier.

"Med SIS, vi kan tage det tynde, delikat modstandsfilm og gør den robust ved at infiltrere den med uorganisk materiale, "Darling forklarede." På den måde, du behøver ikke en mellemmaske, så du kommer uden om alle de problemer, der er forbundet med det ekstra lag. "

Selvom nogle modstandere kan fungere bedre end andre under visse betingelser, ingen enkelt fremgangsmåde havde endnu vist evnen til let at forankre et mønster, dybden og troværdigheden af ​​Argonne -metoden, Darling sagde.

"Det er muligt, at vi måske kan skabe meget smalle funktioner langt over en mikron dyb ved kun at bruge en meget tynd, SIS-forbedret ætsemaske, hvilket fra vores perspektiv ville være en gennembrudsevne, Sagde han.

Ved at kombinere sekventiel infiltrationssyntese med blokcopolymerer, molekyler, der kan samle sig til en række afstemmelige nanostrukturer, denne teknik kan udvides til at skabe endnu mindre funktioner, end det er muligt ved hjælp af e-beam litografi. Nøglen er at designe en selektiv reaktion mellem de uorganiske forstadiemolekyler og en af ​​komponenterne i blokcopolymeren.

"Dette åbner en bred vifte af muligheder, "sagde Argonne -kemiker Jeff Elam, der var med til at skabe processen. "Du kan forestille dig applikationer til solceller, elektronik, filtre, katalysatorer - alle slags forskellige enheder, der kræver nanostrukturer, men også uorganiske materialers funktionalitet. "

Værket er publiceret i to undersøgelser, "Forbedret polymert litografi modstår via sekventiel infiltrationssyntese" i Journal of Materials Chemistry og "Forbedret blokcopolymerlitografi ved hjælp af sekventiel infiltrationssyntese" i Journal of Physical Chemistry C.

“Forhåbentlig, vores opdagelse giver forskere en ekstra fordel, når det kommer til at skabe dybere mønstre med højere opløsning, ”Sagde Darling.