Opbygning af 3-D fraktaler på en nanoskala

Det starter med én 3D-struktur med otte planer, et oktaeder. Dette gentager sig til mindre oktaedre:625 efter kun fire trin. Ved hvert hjørne af et nyt oktaeder, et successivt oktaeder dannes. En virkelig fascinerende 3D fraktal 'bygning' er dannet på mikro- og nanoskalaen. Det kan bruges til højtydende filtrering, for eksempel. Forskere fra MESA+ Institute for Nanotechnology ved University of Twente i Holland præsenterer disse strukturer i Journal of Micromechanics and Microengineering (JMM).

En fraktal er en geometrisk struktur, der kan gentage sig selv mod det uendelige. Zoomer ind på et fragment af det, den oprindelige struktur bliver synlig igen. En stor fordel ved en 3D fraktal er, at den effektive overflade stiger med hvert næste trin. Ser man på oktaedrene, efter fire trin er den endelige struktur ikke meget større end det oprindelige oktaeder, men den effektive overflade er blevet ganget med 6,5. De mindste oktaedre er 300 nanometer store, med på hvert hjørne en nanopore på 100 nanometer. Med 625 af disse nanoporer på et begrænset overfladeareal, der dannes en meget effektiv filter med lav strømningsmodstand. De hollandske videnskabsmænd eksperimenterer også med at fange levende celler i disse oktaedrale, at kunne studere samspillet mellem cellerne. Yderligere interessant forskning er relateret til at sende lys gennem oktaederstrukturen:hvordan vil det interagere?

Hjørnelitografi

For at kunne skabe den gentagne 3D-struktur, forskerne udviklede en teknik kaldet 'hjørnelitografi''. I første omgang, en pyramideform er ætset i silicium. Det næste trin er at påføre et lag siliciumnitrid på pyramiden. Efter at have fjernet dette efterfølgende, en lille smule nitrid bliver i hjørnet af pyramiden, fungerer som et 'stop'. Når dette er fjernet, siliciumet nedenunder er ætset gennem det lille hul. Automatisk, en struktur dannes langs siliciumkrystalplanet. Dette er det første oktaeder, dannet af 'auto alignment'. Processen gentages med et nyt lag siliciumnitrid. Størrelsen af ​​de nye oktaedre bestemmes af ætseperioden. I dette tilfælde, hvert oktaeder i det næste trin er halvt så stort som det forrige. Fordelen ved hjørnelitografi er dens relative enkelhed. Ingen avanceret teknologi er nødvendig for at skabe hver enkelt nanopore. Tværtimod:på kun fire trin tusindvis af fraktaler, hver med 625 bittesmå huller kan behandles på en wafer, parallelt. Mere end fire trin er også muligt, men det stiller højere krav til ætseprocessen.

Forskningen er udført i Transducers Science and Technology-gruppen, som er en del af MESA+ Institute for Nanotechnology ved University of Twente.