Opbygning af 3-D fraktaler på nanoskala:Struktur gentager sig selv fra mikro til nano

Det hele starter med en enkelt oktaederstruktur, så efter fire iterationer er der allerede 625 af dem. Hver iteration skaber et nyt oktaeder ved hvert toppunkt. Resultatet er en fascinerende 3D fraktal konstruktion på mikro- og nanoskala, velegnet f.eks. til højtydende filtre. Forskere ved University of Twente's MESA+ Institute for Nanotechnology præsenterer denne opfindelse i Journal of Micromechanics and Microengineering .

En geometrisk figur kan gentage sig selv i det uendelige i en fraktal. Når du zoomer ind, bliver du ved med at se den samme struktur. Den store fordel ved en tredimensionel fraktal er, at det effektive overfladeareal øges for hver formindskelse og samtidig udnyttes rummet fuldt ud. I tilfælde af oktaeder er den endelige struktur ikke meget større end den oprindelige oktaeder, men det effektive overfladeareal er vokset med en faktor på 6,5. De mindste oktaedre er 300 nanometer i størrelse med bittesmå huller ved hjørnerne 100 nanometer i diameter. 625 af disse nanoporer på et lille område kan skabe et yderst effektivt filter med meget lav strømningsmodstand, for eksempel. Oktaedrene kan også bruges som bittesmå bure til at holde levende celler og undersøge deres interaktioner med celler i nabooktaedre. Og hvad sker der, hvis du leder lys ind i strukturen? Mulighederne er legio.

Hjørnelitografi

For at skabe den gentagne tredimensionelle struktur bruger forskerne en teknologi, som de selv har udviklet, kendt som 'hjørnelitografi'. Først ætses en pyramideform ind i silicium, derefter påføres et tyndt lag siliciumnitrid. Dette er fjernet, efterlader en lille mængde siliciumnitrid i hjørnerne, en slags stik. Også denne fjernes, så mere ætsning kan finde sted gennem det således skabte hul. Den ottekantede 3D-struktur dannes af sig selv langs siliciumets krystallinske planer ved 'auto-justering'.

Siliciumnitrid påføres igen på hvert toppunkt, og processen gentages. Den nye struktur udfolder sig automatisk i hver retning, med størrelsen af ​​det nye oktaedre afhængig af ætsetiden. Strukturen udvikler sig altså fra mikrometer til nanometer. En af de store fordele er, at der ikke er behov for kompleks teknologi for at lave porerne én efter én, for eksempel. Millioner af fraktalerne kan skabes parallelt på en wafer, hver med 625 porer. Mere end fire iterationer kan anvendes, men det stiller større krav til teknologien og præcisionen i ætseprocessen.

Forskningen blev udført af Transducers Science and Technology Group fra University of Twente's MESA+ Institute for Nanotechnology.

Artiklen, 'Fremstilling af 3D fraktale strukturer ved hjælp af nanoskala anisotropisk ætsning af enkeltkrystallinsk silicium' af Erwin Berenschot, Henri Jansen og Niels Tas, er på forsiden af ​​maj-nummeret af Journal of Micromechanics and Microengineering .