Forskere opdager banebrydende teknik, der kan gøre elektronik mindre og bedre

En international gruppe forskere fra University of Minnesota, Argonne National Laboratory og Seoul National University har opdaget en banebrydende teknik til fremstilling af nanostrukturer, der har potentialet til at gøre elektriske og optiske enheder mindre og bedre end nogensinde før. Et overraskende lavteknologisk værktøj af Scotch Magic-tape endte med at blive en af ​​nøglerne til opdagelsen.

Forskningen er offentliggjort i dag i Naturkommunikation , et internationalt online forskningstidsskrift.

Ved at kombinere flere standard nanofabrikationsteknikker – med den endelige tilføjelse af Scotch Magic-tapen – skabte forskere ved University of Minnesota ekstremt tynde huller gennem et lag af metal og mønstrede disse bittesmå huller over hele overfladen af ​​en fire-tommer siliciumwafer. De mindste huller var kun en nanometer brede, meget mindre end de fleste forskere har kunnet opnå. Ud over, bredderne af hullerne kunne kontrolleres på atomniveau. Dette arbejde giver grundlaget for at producere nye og bedre nanostrukturer, der er kernen i avancerede elektroniske og optiske enheder.

En af de potentielle anvendelser af huller i nanometerskala i metallag er at presse lys ind i rum, der er meget mindre, end det ellers er muligt. Samarbejdspartnere ved Seoul National University, ledet af prof. Dai-Sik Kim, og Argonne National Laboratory, ledet af Dr. Matthew Pelton, viste, at lys let kunne presses gennem disse huller, selvom hullerne er hundredvis eller endda tusindvis af gange mindre end bølgelængden af ​​det anvendte lys. Forskere er meget interesserede i at tvinge lys ind i små rum, fordi dette er en måde at øge lysets intensitet. Samarbejdspartnerne fandt ud af, at intensiteten inde i hullerne øges med så meget som 600 millioner gange.

"Vores teknologi, kaldet atomlagslitografi, har potentialet til at skabe ultrasmå sensorer med øget følsomhed og også muliggøre nye og spændende eksperimenter på nanoskala, som vi aldrig har været i stand til før, " sagde Sang-Hyun Oh, en af ​​de førende forskere i undersøgelsen og en professor i elektro- og computerteknik ved University of Minnesota's College of Science and Engineering. "Denne forskning giver også grundlag for fremtidige undersøgelser for at forbedre elektroniske og fotoniske enheder."

Et af de mest overraskende resultater af forskningen er, at Scotch Magic-tape var en af ​​nøglerne til opdagelsen. Ætsning af en nanometer brede huller i metaller er ikke muligt med eksisterende værktøjer. I stedet, forskerne i Ohs team konstruerede nano-gabet ved at lægge tynde film i atomskala på siderne af metalmønstre og derefter dække strukturen med et andet metallag. Der var ikke behov for dyre mønsterværktøjer for at danne hullerne på denne måde, men det var udfordrende at fjerne de overskydende metaller på toppen og blotlægge de små huller. Under en frustrerende kamp for at finde en måde at fjerne metalfilmene på, University of Minnesota Ph.D. studerende og hovedforfatter af undersøgelsen Xiaoshu Chen fandt ud af, at ved at bruge simpelt Scotch Magic-tape, de overskydende metaller kunne nemt fjernes.

"Scotch-tapen fungerer fint, hvilket var uventet, " sagde Oh. "Vores teknik er så enkel, men kan skabe ensartede og ultrasmå huller, som vi aldrig har været i stand til før. Vi håber, at det hurtigt vil blive taget op af mange forskere."