211service.com
Rita kretsar med nanopennor
Efterfrågan på allt snabbare, billigare elektronik pressar den litografibaserade tillverkningsteknikstandarden inom halvledarindustrin till sina gränser. Nu rapporterar forskare om en billig, snabb litografiteknik som använder arrayer av flexibla polymernano-pennor för att exakt mönstra miljontals komplexa strukturer parallellt. Tekniken, som forskarna har använt för att skapa en integrerad krets (och lilliputiska versioner av OS-logotypen), kan användas för att göra linjer vars storlekar sträcker sig från några nanometer till millimeter tjocka.
Olympisk nanopenna: Dessa 15 000 guldrepliker av Olympics-logotypen (överst) skapades med en ny litografiteknik som bygger på stora uppsättningar av nano-polymerpennor som skrivs parallellt. Den nedre bilden visar logotyperna i närbild, och insatsen zoomar ytterligare in på e:et i Peking, vilket visar att dess bottenslag bara är 90 nanometer brett. Den springande mannens logotyp är 36 mikrometer hög. Dessa bilder, tagna med ett svepelektronmikroskop, visar intervallet i funktionsstorlekar som kan göras med tekniken.
Tekniken, utvecklad av Chad Mirkin , en kemist vid Northwestern University och chef för det internationella institutet för nanoteknologi, använder uppsättningar av pyramidformade polymerpennor vars spetsar doppas i lösningar av kemikalier som kan innehålla nästan vilken molekyl som helst, inklusive proteiner och syror; pennorna spåras sedan över en yta av en mekanisk arm för att skapa miljontals strukturer parallellt. Bredden på linjerna som ritas av varje penna kan kontrolleras noggrant genom att variera kraften som utövas på de flexibla pennspetsarna. Eftersom Mirkins pennor spårar design som programmerats av datorprogramvara, kan de snabbt växla mellan komplicerade mönster, vilket gör det möjligt att skapa komplexa mönster vars egenskaper ligger väldigt nära varandra.
Mirkin har använt pennorna för att mönstra syra på en silikonwafer belagd med guld; han etsade sedan, baserat på mönstret, en integrerad guldkrets. Polymer-pen litografi visar också lovande för mönstring av biologiska molekyler. Verkligen, säger Mirkin, kan tekniken fungera med nästan vilket molekylärt bläck som helst, inklusive proteiner för att fånga och studera celler. Arrayerna med polymerpennor kostar mindre än en dollar styck att tillverka.
Polymer-pen litografi är en förbättring jämfört med dip-pen litografi, en teknik som Mirkin har utvecklat sedan 1999. Dip-pen litografi använder uppsättningar av vassa, styva fribärande sonder – samma som används för atomkraftsmikroskopi. Mirkin skapade ett företag, NanoInk , för att kommersialisera tekniken. Men, erkänner han, dess ultimata användbarhet har begränsats av problem med genomströmning, kostnad och komplexitet. Storleken på dess molekylära slag har begränsats till ett relativt snävt område, konsolerna är benägna att gå sönder och antalet strukturer som kan göras parallellt är begränsat.
Multimedia
Se dopp-penna litografi i aktion.
Om detta fungerar, säger Grant Willson , en ingenjör vid University of Texas i Austin, kommer det att påskynda processen att mönstra strukturer med nano-pennor. Den nya versionen av dip-pen litografi kan göra tekniken mycket mer kommersiellt praktisk. Men Mirkins teknik kommer att tävla i ett trångt fält, konstaterar Willson. Forskare som strävar efter att packa kretsar med allt mindre funktioner för allt snabbare chips använder sig av många olika tillvägagångssätt för nanotillverkning. Vissa, till exempel, skapar optiska antenner för att fokusera ljus till mycket små strålar för att utöka kapaciteten för fotolitografi. Andra har vänt sig till strålar av elektroner eller joner, eller använder värme deformation för att bilda mönster.
Harald Fuchs , chef för Interface Physics Group vid universitetet i Münster i Tyskland, säger att den stora fördelen med Mirkins teknik jämfört med andra nanotillverkningsmetoder är precision och flexibilitet. Pennorna kan användas för att skriva ett mönster i ett molekylärt bläck, doppas i ett annat och sedan skriva ett annat lager. För att göra ännu mer komplexa mönster, säger Fuchs, kunde varje pennspets doppas i ett annat bläck.
Mirkin säger att Northwestern pratar med företag, inklusive hans egen NanoInk, om att kommersialisera polymer-pen litografi. Tekniken, säger han, kommer att göra dip-pen-tekniken tillgänglig för ett stort antal människor.