211service.com
Circuits tekenen met nanopennen
De vraag naar steeds snellere, goedkopere elektronica drijft de op lithografie gebaseerde productietechnieken in de halfgeleiderindustrie tot het uiterste. Nu rapporteren onderzoekers een goedkope, snelle lithografietechniek die arrays van flexibele polymere nano-pennen gebruikt om miljoenen complexe structuren precies parallel te modelleren. De techniek, die de onderzoekers hebben gebruikt om een geïntegreerde schakeling te maken (en lilliputter-versies van het Olympische logo), kan worden gebruikt om lijnen te maken met een dikte van enkele nanometers tot millimeters.
Olympische nano-pen: Deze 15.000 gouden replica's van het Olympische logo (bovenaan) zijn gemaakt met behulp van een nieuwe lithografietechniek die gebaseerd is op grote reeksen polymeer-nanopennen die parallel schrijven. De onderste afbeelding toont de logo's in close-up en de inzet zoomt verder in op de e in Peking, waaruit blijkt dat de onderste slag slechts 90 nanometer breed is. Het logo van de rennende man is 36 micrometer hoog. Deze afbeeldingen, gemaakt met een scanning-elektronenmicroscoop, demonstreren het bereik in kenmerkgroottes die met de techniek kunnen worden gemaakt.
De techniek, ontwikkeld door Tsjaad Mirkin , een chemicus aan de Northwestern University en directeur van het International Institute for Nanotechnology, gebruikt arrays van piramidevormige polymeerpennen waarvan de punten zijn ondergedompeld in oplossingen van chemicaliën die bijna elk molecuul kunnen bevatten, inclusief eiwitten en zuren; de pennen worden vervolgens over een oppervlak getraceerd door een mechanische arm om miljoenen structuren parallel te creëren. De breedte van de lijnen die door elke pen worden getekend, kan zorgvuldig worden gecontroleerd door de kracht die op de flexibele penpunten wordt uitgeoefend te variëren. Omdat de pennen van Mirkin ontwerpen traceren die zijn geprogrammeerd door computersoftware, kunnen ze snel schakelen tussen gecompliceerde ontwerpen, waardoor het mogelijk wordt om complexe patronen te creëren waarvan de kenmerken heel dicht bij elkaar liggen.
Mirkin heeft de pennen gebruikt om zuur te tekenen op een siliciumwafeltje bedekt met goud; hij etste vervolgens, op basis van het patroon, een gouden geïntegreerde schakeling. Lithografie met polymeerpen is ook veelbelovend voor het modelleren van biologische moleculen. Inderdaad, zegt Mirkin, zou de techniek kunnen werken met bijna elke moleculaire inkt, inclusief eiwitten voor het vastleggen en bestuderen van cellen. De reeksen polymeerpennen kosten minder dan een dollar per stuk om te maken.
Polymeer-penlithografie is een verbetering ten opzichte van dip-pen-lithografie, een techniek die Mirkin sinds 1999 heeft ontwikkeld. Dip-penlithografie maakt gebruik van arrays van scherpe, stijve vrijdragende sondes - dezelfde die worden gebruikt voor atomaire krachtmicroscopie. Mirkin richtte een bedrijf op, NanoInkt , om de technologie te commercialiseren. Maar, erkent hij, het uiteindelijke nut ervan werd beperkt door problemen met doorvoer, kosten en complexiteit. De grootte van de moleculaire slagen is beperkt tot een relatief smal bereik, de uitkragingen zijn vatbaar voor breuk en het aantal structuren dat parallel kan worden gemaakt, is beperkt.
multimedia
Bekijk dip-penlithografie in actie.
Als dit werkt, zegt Grant Willson , een ingenieur aan de Universiteit van Texas in Austin, zal het proces van het patroonvormen van structuren met nano-pennen versnellen. De nieuwe versie van dip-penlithografie zou de technologie commercieel veel praktischer kunnen maken. Maar de techniek van Mirkin zal concurreren in een druk veld, merkt Willson op. Onderzoekers die circuits willen inpakken met steeds kleinere functies voor steeds snellere chips, gebruiken veel verschillende benaderingen voor nanofabricage. Sommigen maken bijvoorbeeld optische antennes om licht in zeer kleine bundels te concentreren om de mogelijkheden van fotolithografie uit te breiden. Anderen zijn overgegaan op bundels van elektronen of ionen, of gebruiken warmte vervorming om patronen te vormen.
Harald Fuchs , directeur van de Interface Physics Group aan de Universiteit van Münster, in Duitsland, zegt dat het grote voordeel van de techniek van Mirkin ten opzichte van andere nanofabricagemethoden precisie en flexibiliteit is. De pennen kunnen worden gebruikt om een patroon in de ene moleculaire inkt te schrijven, in een andere te worden gedompeld en dan nog een laag te schrijven. Om nog complexere patronen te maken, zegt Fuchs, zou elke penpunt in een andere inkt kunnen worden gedompeld.
Mirkin zegt dat Northwestern in gesprek is met bedrijven, waaronder zijn eigen NanoInk, over het commercialiseren van polymeerpenlithografie. De techniek, zegt hij, zal de dip-pen-technologie voor een groot aantal mensen toegankelijk maken.