En simpel metode ætser mønstre på atomskala

En præcis, kemikaliefri metode til ætsning af nanoskala-træk på siliciumwafers er udviklet af et team fra Penn State og Southwest Jiaotong University og Tsinghua University i Kina.

I standard litografi, en lysfølsom film afsættes på en siliciumskive, og et mønster kaldet en maske bruges til at afsløre visse dele af filmen. Derefter, kemikalier - såsom en kaliumhydroxidopløsning - ætser mønstre ind i siliciumet. Yderligere trin er nødvendige for at udglatte den ru overflade.

Forskerne fra Penn State og Southwest Jiaotong University udviklede en helt anden, kemikalie- og maskefri, et-trins proces. De gned let en afrundet silicaspids af et instrument kaldet et scanningprobemikroskop hen over et siliciumsubstrat - den materialebase, der typisk bruges til at fremstille elektroniske enheder. Når den udsættes for vanddamp i luft, det øverste lag af silicium danner bindinger med spidsen af ​​scanningssonden, og et enkelt lag atomer glider af, når sonden bevæger sig hen over silicium. Fordi atomerne nedenfor ikke deltager i den kemiske reaktion, de er helt ubeskadigede.

"Det er virkelig en ret unik idé, " sagde Seong Kim, professor i kemiteknik, Penn State. "Det er en såkaldt tribokemisk reaktion. I modsætning til kemiske reaktioner forårsaget af varme, lys eller elektriske felter, som alle er bredt undersøgt, mekanisk stimulerede kemiske reaktioner er mindre forståede."

Fjernelsesmekanismen startes, når silicium udsættes for luft, og det øverste atomlag af siliciumatomer reagerer med vandmolekyler for at danne silicium-oxygen-hydrogenbindinger. Derefter danner spidsens siliciumoxidoverflade en siliciumoxid-siliciumbinding med substratoverfladen under forskydningskraften af ​​den bevægelige spids. Dette letter fjernelsen af ​​siliciumatomet fra den øverste overflade af substratet.

Folk inden for nanofabrikation, der forsøger at reducere størrelsen af ​​enhedsfunktioner ned til atomare dimensioner, kunne finde denne teknik nyttig, Kim tror.

"Atomlagsætsning kan give den dybdeopløsning, som folk gerne vil have uden brug af offerlag og barske kemikalier, " han sagde.

Denne form for mønstermetode er for langsom til mikrofabrikation nu, Kim kvitterede. Imidlertid, forskere kunne bruge det til at skabe en platform til afprøvning af elektroniske og mikroelektromekaniske enheder med funktioner på Angstrom eller enkeltatomskalaen, langt mindre end nuværende enheder. Mindst én virksomhed, IBM, har eksperimenteret med flere probe-arrays, der kan føre til storstilet mønsterdannelse af enheder.

"Vores proces kunne kombineres med deres proces for at opskalere, "Sagde Kim." Dette er den første videnskabelige del. Når vi ser videnskaben, mange muligheder kan undersøges. For eksempel, Vi tror, ​​at denne teknik vil fungere med andre materialer end silicium."

Forskerne beskriver deres teknik i Naturkommunikation i en artikel med titlen "Nanofremstilling af siliciumoverflade med en enkelt atomisk lag præcision via mekanokemiske reaktioner."