211service.com
Tegning af kredsløb med nanopenne
Efterspørgslen efter stadig hurtigere og billigere elektronik presser den litografibaserede fremstillingsteknikstandard i halvlederindustrien til deres grænser. Nu rapporterer forskere om en billig, hurtig litografiteknik, der bruger arrays af fleksible polymer nano-penne til præcist at mønstre millioner af komplekse strukturer parallelt. Teknikken, som forskerne har brugt til at skabe et integreret kredsløb (og lilliputiske versioner af OL-logoet), kan bruges til at lave linjer, hvis størrelse spænder fra nogle få nanometer til millimeter tykke.
Olympisk nano pen: Disse 15.000 guldkopier af OL-logoet (øverst) blev skabt ved hjælp af en ny litografiteknik, der er afhængig af store arrays af polymer nano-penne, der skriver parallelt. Det nederste billede viser logoerne i nærbillede, og det indsatte zoomer yderligere ind på e'et i Beijing, hvilket viser, at dets bundslag kun er 90 nanometer bredt. Den løbende mands logo er 36 mikrometer højt. Disse billeder, taget med et scanningselektronmikroskop, demonstrerer rækkevidden i funktionsstørrelser, der kan laves med teknikken.
Teknikken, udviklet af Chad Mirkin , en kemiker ved Northwestern University og direktør for International Institute for Nanotechnology, bruger arrays af pyramideformede polymerpenne, hvis spidser er dyppet i opløsninger af kemikalier, der kan indeholde næsten ethvert molekyle, inklusive proteiner og syrer; pennene spores derefter over en overflade af en mekanisk arm for at skabe millioner af strukturer parallelt. Bredden af linjerne tegnet af hver pen kan omhyggeligt kontrolleres ved at variere kraften, der udøves på de fleksible penspidser. Fordi Mirkins penne sporer design programmeret af computersoftware, kan de hurtigt skifte mellem komplicerede designs, hvilket gør det muligt at skabe komplekse mønstre, hvis funktioner er meget tæt på hinanden.
Mirkin har brugt pennene til at mønstre syre på en siliciumwafer belagt med guld; han ætset derefter, baseret på mønsteret, et guld integreret kredsløb. Polymer-pen litografi viser også løfte om mønstre af biologiske molekyler. Faktisk, siger Mirkin, kunne teknikken fungere med næsten enhver molekylær blæk, inklusive proteiner til at fange og studere celler. Arrays af polymerpenne koster mindre end en dollar hver at lave.
Polymer-pen-litografi er en forbedring i forhold til dip-pen-litografi, en teknik, som Mirkin har udviklet siden 1999. Dip-pen-litografi bruger arrays af skarpe, stive udkragede prober – de samme, der bruges til atomkraftmikroskopi. Mirkin oprettede et firma, NanoInk , for at kommercialisere teknologien. Men han erkender, at dens ultimative nytte har været begrænset af problemer med gennemløb, omkostninger og kompleksitet. Størrelsen af dets molekylære slag er blevet begrænset til et relativt snævert område, udkragerne er tilbøjelige til at gå i stykker, og antallet af strukturer, der kan laves parallelt, er begrænset.
Multimedier
Se dip-pen litografi i aktion.
Hvis dette virker, siger Grant Willson , en ingeniør ved University of Texas i Austin, vil det fremskynde processen med at mønstre strukturer med nano-penne. Den nye version af dip-pen litografi kunne gøre teknologien meget mere kommercielt praktisk. Men Mirkins teknik vil være at konkurrere i et overfyldt felt, bemærker Willson. Forskere, der sigter på at pakke kredsløb med stadig mindre funktioner til stadig hurtigere chips, tager mange forskellige nanofabrikationstilgange. Nogle, for eksempel, skaber optiske antenner til at fokusere lys i meget små stråler for at udvide mulighederne for fotolitografi. Andre har vendt sig til stråler af elektroner eller ioner, eller brug varme deformation for at danne mønstre.
Harald Fuchs , direktør for Interface Physics Group ved University of Münster i Tyskland, siger, at den største fordel ved Mirkins teknik frem for andre nanofabrikationsmetoder er præcision og fleksibilitet. Pennene kunne bruges til at skrive et mønster i et molekylært blæk, blive dyppet i et andet og derefter skrive et andet lag. For at lave endnu mere komplekse mønstre, siger Fuchs, kunne hver pennespids dyppes i et andet blæk.
Mirkin siger, at Northwestern taler med virksomheder, herunder hans egen NanoInk, om kommercialisering af polymer-pen-litografi. Teknikken, siger han, vil gøre dip-pen-teknologien tilgængelig for et stort antal mennesker.