211service.com
Nanoglue för elektronik
Forskare vid Rensselaer Polytechnic Institute i Troy, NY, har funnit att vissa nanometerlånga organiska molekyler kan binda två ytor som normalt inte håller ihop bra. Överraskande nog ökar vidhäftningsförmågan när nanogluet utsätts för mycket höga temperaturer.
Nano superlim: Organiska molekyler gjorda av en kedja av kol- och väteatomer med svavel (blått) i ena änden och kisel (grönt) i den andra håller ihop koppar och kiseldioxid. Molekylerna organiserar sig och ställer upp bredvid varandra och deras vidhäftningsstyrka ökar vid mycket höga temperaturer på upp till 700 ºC.
Molekylerna skulle kunna användas som ett billigt lim som är lätt att applicera i en mängd olika applikationer. Till exempel kan det nanometertjocka limmet användas för att hålla ihop små elektroniska komponenter, eftersom transistorer och ledningar på datorchip fortsätter att krympa, säger Ganapathiraman Ramanath , en materialvetenskap och ingenjörsprofessor som ledde studien, som publicerades i Natur förra veckan.
Nanogluet, som tillhör en klass av föreningar som kallas organosilaner, består av en kedja av kol- och väteatomer med svavel i ena änden och kisel i den andra. Molekylkedjan sönderfaller normalt vid temperaturer över 300 till 400 ºC. Men Ramanath och hans kollegor har funnit att när de lägger molekylerna mellan koppar och kiseldioxid, binder molekylerna inte bara samman de två materialen, utan bindningen stärks vid högre temperaturer. Vid rumstemperatur är den resulterande bindningen tre gånger starkare än en direkt bindning mellan koppar och kiseldioxid. Vid 700 ºC är bindningen 10 gånger starkare än normalt.
En fördel med limmet är hur lite av det som behövs. Liknande limstyrkor kan uppnås med mycket tjocka limlager men inte med så tunna lager, säger Ramanath. Eftersom ett enda lager av organosilanmolekylerna anordnade sida vid sida håller koppar och kiseldioxid, är tjockleken på limskiktet längden av en enda molekyl: nära en nanometer. Till 35 cent per gram är det nya limmet överkomligt. Och det borde vara lätt att applicera eftersom molekylerna tenderar att organisera sig i rätt orientering på ytan som soldater, säger Ramanath. De står alla bredvid varandra och ställer upp ganska tätt.
Dessutom förväntar sig forskarna att de kan skräddarsy nanogluet för att fästa vid olika material. Genom att fästa lämpliga kemiska grupper i de två ändarna av molekylkedjan kan forskare konstruera nya typer av organosilanmolekyler för att limma ihop andra olika material, såsom isolatorer och halvledare, eller metall och halvledare.
Organosilanens ökande vidhäftningsstyrka vid högre temperaturer är onormal och strider mot konventionella kunskaper, säger Om Nalamasu, vicepresident och teknisk chef på Tillämpade material , baserat i Santa Clara, CA, som levererar tillverkningsutrustning till halvledarindustrin. Detta kan ha snygga applikationer och kan öppna några nya idéer och nya koncept.
En viktig applikation kan vara limning av koppartrådar som kopplar samman de olika komponenterna på datorchips. Koppartrådar avsätts på isolerande kiseldioxidlager på ett datorchip för att förhindra att trådarnas signaler blandas med varandra. Men koppar klistrar inte tätt till kiseldioxiden, och kopparmolekyler diffunderar in i kiseldioxiden. Det finns ett stort behov av att isolera gränssnitten kemiskt, säger Ramanath. Du vill inte att de ska blandas, men du vill ha vidhäftning.
Chiptillverkare använder för närvarande minst 10 nanometer tjocka lager av material som tantal eller titan mellan koppar och kiseldioxid. Men eftersom enhetsstorlekar på högpresterande datorchips sjunker in i nanometerintervallet, skulle det nya nanoglue, som är 10 gånger tunnare, vara en idealisk ersättning. Med ökande miniatyrisering har du inte råd att slösa fastigheter på saker som inte gör något annat än att hålla ihop saker, säger Ramanath.