Nanomaterialer:Søjler i samlingen

Den stadigt stigende efterspørgsel efter forbedret ydeevne i elektroniske enheder såsom solceller, sensorer og batterier modsvares af et behov for at finde måder at lave mindre elektriske komponenter på. Adskillige teknikker er blevet foreslået til at skabe små, nanoskala strukturer på silicium, men disse typer af 'nanomønster' har en tendens til at involvere lavt gennemløb, høje omkostninger, der ikke egner sig til storproduktion. Sivashankar Krishnamoorthy og kolleger ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering har nu fundet en enkel og robust metode til at nanomønstre hele overfladen af ​​en siliciumwafer.

Krishnamoorthys teknik udnytter de selvsamlende egenskaber af polymere nanopartikler, kendt som omvendte miceller. Disse utraditionelle partikler har en struktur bestående af en polær kerne og et ydre lag af ikke-polære 'arme'. Omvendte miceller kan danne højt ordnede arrays på overfladen af ​​en siliciumwafer. Den resulterende 'coating' kan bruges som en litografisk resist til at maskere siliciumoverfladen under ætseprocessen.

Selvom andre grupper har udviklet lignende tilgange i tidligere undersøgelser, Krishnamoorthy og kolleger er de første til at udvikle en proces, der kan mønstre hele overfladen af ​​en siliciumwafer med meget ensartede nanostrukturer (se billede). Forfatterne har videreudviklet en metode til at kvantificere nanostrukturvariationer på tværs af store områder ved hjælp af simple optiske værktøjer, baner vejen for high-throughput nanometri.

Som en yderligere forbedring af processen, forskerne udsatte det selvsamlede polymerlag for en titaniumchloriddamp. Titaniumchloridet akkumuleres selektivt i hver micells polære kerne. En eksplosion af oxygenplasma fjerner derefter polymeren for at efterlade et mønster af små titaniumoxidprikker. Denne proces konverterer en blød organisk skabelon til en hård uorganisk maske, der er meget mere egnet til at ætse ultrafine træk ind i silicium, producerer arrays af nanopillarer mindre end 10 nanometer fra hinanden.

Resultaterne forventes at være meget tilpasningsdygtige. "Selvom vi har demonstreret processen til at skabe siliciumnanopiller, den er meget alsidig og kan let udvides for at opnå nanomønstre af de fleste andre materialer, for eksempel, metaller, halvledere og polymerer gennem passende efterbehandling af de indledende copolymerskabeloner, ” forklarer Krishnamoorthy. "Andre mønstre udover nanopillarer kunne også skabes, afhængigt af den anvendte mønsteroverførselsbehandling."

Krishnamoorthy og hans team er allerede ved at udforske de potentielle anvendelser af deres teknik. "Vi gør i øjeblikket brug af denne proces til at skabe nanoenheder til sansning, data opbevaring, og energianvendelser, som batterier og solceller, ” siger Krishnamoorthy.