211service.com
Nanoglue til elektronik
Forskere ved Rensselaer Polytechnic Institute i Troy, NY, har fundet ud af, at visse nanometerlange organiske molekyler kan binde to overflader, der normalt ikke klæber godt sammen. Overraskende nok øges klæbeevnen, når nanogluen udsættes for meget høje temperaturer.
Nano superlim: Organiske molekyler lavet af en kæde af kulstof- og brintatomer med svovl (blå) i den ene ende og silicium (grøn) i den anden holder kobber og siliciumdioxid sammen. Molekylerne organiserer sig og stiller op ved siden af hinanden, og deres klæbestyrke øges ved meget høje temperaturer på op til 700 ºC.
Molekylerne kunne bruges som en billig lim, der er nem at påføre i en række forskellige anvendelser. For eksempel kunne den nanometertykke lim bruges til at holde små elektroniske komponenter sammen, da transistorer og ledninger på computerchips fortsætter med at krympe, siger Ganapathiraman Ramanath , en materialevidenskab og ingeniørprofessor, der ledede undersøgelsen, som blev offentliggjort i Natur sidste uge.
Nanogluen, som tilhører en klasse af forbindelser kaldet organosilaner, består af en kæde af kulstof- og brintatomer med svovl i den ene ende og silicium i den anden. Molekylkæden desintegrerer normalt ved temperaturer over 300 til 400 ºC. Men Ramanath og hans kolleger har fundet ud af, at når de klemmer molekylerne mellem kobber og siliciumdioxid, binder molekylerne ikke kun de to materialer sammen, men bindingen styrkes ved højere temperaturer. Ved stuetemperatur er den resulterende binding tre gange stærkere end en direkte binding mellem kobber og silica. Ved 700 ºC er bindingen 10 gange stærkere end normalt.
En fordel ved limen er, hvor lidt der skal til. Lignende limstyrker kan opnås med meget tykke klæbelag, men ikke med så tynde lag, siger Ramanath. Da et enkelt lag af organosilanmolekylerne arrangeret side om side holder kobber og silica, er tykkelsen af det klæbende lag længden af et enkelt molekyle: tæt på en nanometer. Til 35 cent per gram er den nye lim overkommelig. Og det burde være nemt at påføre, fordi molekylerne har en tendens til at organisere sig i den rigtige orientering på overfladen som soldater, siger Ramanath. De står alle sammen lige ved siden af hinanden og stiller sig ret tæt op ad hinanden.
Desuden forventer forskerne, at de kan skræddersy nanogluen til at klæbe til forskellige materialer. Ved at vedhæfte passende kemiske grupper i de to ender af molekylkæden kunne forskere konstruere nye typer organosilanmolekyler til at lime andre forskellige materialer sammen, såsom isolatorer og halvledere, eller metal og halvledere.
Organosilanens stigende klæbestyrke ved højere temperaturer er unormal og i modstrid med konventionel visdom, siger Om Nalamasu, en vicepræsident og teknologichef hos Anvendte materialer , baseret i Santa Clara, CA, som leverer fabrikationsudstyr til halvlederindustrien. Dette kan have pæne applikationer og kunne åbne nogle nye ideer og nye koncepter.
En vigtig applikation kunne være limning af kobbertråde, der forbinder de forskellige komponenter på computerchips. Kobbertråde aflejres på isolerende siliciumdioxidlag på en computerchip for at forhindre, at ledningernes signaler blandes med hinanden. Men kobber klæber ikke tæt til siliciumdioxidet, og kobbermolekyler diffunderer ind i silicaen. Der er et stort behov for at isolere grænsefladerne kemisk, siger Ramanath. Du ønsker ikke, at de skal blandes, men alligevel vil du have vedhæftning.
Chipproducenter bruger i øjeblikket mindst 10 nanometer tykke lag af materialer såsom tantal eller titanium mellem kobber og siliciumdioxid. Men da enhedsstørrelser på højtydende computerchips dykker ned i nanometerområdet, ville den nye nanoglue, som er 10 gange tyndere, være en ideel erstatning. Med stigende miniaturisering har du ikke råd til at spilde fast ejendom på ting, der ikke gør andet end at holde tingene sammen, siger Ramanath.