211service.com
Een moeilijke tip voor nanomanipulatie
IBM's Onderzoekslaboratorium Zürich — waar verschillende baanbrekende microscopie-instrumenten zijn uitgevonden — heeft een stevige nieuwe coating gecreëerd voor de punt van een atomic force microscope (AFM), een apparaat dat kan worden gebruikt om beelden op nanoschaal vast te leggen wanneer de punt over een oppervlak aan het uiteinde van een microscopische uitkraging. De coating zou het scala aan manieren waarop AFM kan worden gebruikt kunnen uitbreiden, waaronder het maken van lithografische maskers voor elektronische productie met kenmerken van 10 nanometer groot - buiten de grenzen van traditionele processen zoals e-beam-lithografie.
Wetenschappers wilden al lang atoomtips op dergelijke manieren gebruiken, maar het is moeilijk te voorkomen dat de siliconentips te snel verslijten als ze over een oppervlak bewegen, zegt Mark Lantz, manager opslagonderzoek bij IBM's Zürich Research Laboratory.
Een veelgebruikte manier om atomaire tips slijtvaster te maken, is door een diamantcoating toe te voegen. Maar diamant is verrassend onstabiel, zegt Lantz. Het zal branden bij verhitting tot ongeveer 400 °C, wat voor bepaalde toepassingen onpraktisch is. IBM had oorspronkelijk zijn zinnen gezet op het gebruik van verwarmde arrays van tips om pits in dunne polymeersubstraten te branden als een manier om digitaal geheugen op te slaan - een concept dat bekend staat als duizendpoot geheugen . IBM streeft niet langer naar duizendpootgeheugen als consumententechnologie, hoewel het hoopt het aan te passen voor archiefopslagsystemen of snelle biologische beeldvorming van subcellulaire processen.
De IBM-onderzoekers brengen een laagje siliciumcarbide aan, een materiaal dat iets zachter is dan diamant maar niet verbrandt bij verhitting. Siliciumcarbide heeft een extreem hoge smelttemperatuur, dus zelfs bij 1.400 °C behoudt het zijn sterkte, zegt Lantz.
Het team bedacht een nieuw proces om de siliciumcarbidecoating te maken. Het is ontwikkeld in samenwerking met Robert Carpick en collega's van de Universiteit van Pennsylvania en Kumar Sridharan en collega's van de Universiteit van Wisconsin. Details van het werk werden gisteren gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen .
Het proces omvat het implanteren van koolstofionen in een punt door de punt te omringen met plasma dat de koolstofionen bevat, en vervolgens een hoge spanning aan te leggen tussen het plasma en de punt, waardoor de ionen worden ingebed in het oppervlak. Vervolgens wordt de punt verwarmd tot 1.100 °C, een temperatuur die voldoende is om de koolstofionen te laten reageren met nabije siliciumatomen om een dunne laag siliciumcarbide te vormen. De laagdikte is ongeveer 15 tot 18 nanometer, en helemaal aan de top van de punt, waar de afmetingen kleiner worden, de laatste 30 nanometer van de punt, is puur siliciumcarbide, zegt Lantz.
Tsjaad Mirkin , directeur van het International Institute for Nanotechnology, aan de Northwestern University, zegt dat snelheid in het algemeen, en voor taken zoals geheugenopslag, het grootste probleem is dat de bruikbaarheid beperkt. Maar hij voegt eraan toe dat het zinvol zou zijn om een AFM te gebruiken om een lithografisch masker te maken, aangezien snelheid niet zo belangrijk is.