Penn Staten sekä kiinalaisten Southwest Jiaotongin ja Tsinghuan yliopistojen yhteinen tiimi on kehittänyt uudenlaisen menetelmän nanokokoisten piirteiden etsaamiseksi piikiekkoihin. Toisin kuin standardissa litografiassa, jossa käytetään valomaskeja, vahvoja kemikaaleja sekä karhennetun pinnan tasoitusta haluttujen kuvioiden tuottamiseksi piikiekolle, tutkijoiden kehittämä menetelmä toimii ilman kemikaaleja ja maskia.
Tutkijat hierovat kevyesti pyyhkäisymikroskoopin koetinkärkeä piisubstraatilla. Kun pii altistuu ilmassa olevalle vesihöyrylle, sen pintakerros muodostaa sidoksia skannausanturin kärjen kanssa ja yksi kerros atomeja liukuu pois, kun koetin siirtyy piin yli. Koska alla olevat atomit eivät osallistu kemialliseen reaktioon, ne ovat täysin vahingoittumattomia.
Penn Staten professori Sean Kim kyse on ainutlaatuisesta ideasta. - Kyseessä on niin sanottu tribokemiallinen reaktio. Toisin kuin lämmön, valon tai sähkökentän aiheuttamat kemialliset reaktiot, mekaanisesti stimuloidut kemialliset reaktiot ovat vähemmän ymmärrettyjä.
Poistamismekanismi käynnistyy, kun pii altistetaan ilmalle ja piiatomien ylin pintakerros reagoi vesimolekyylien kanssa pii-happi-vety sidoksia tuottaen. Sitten kärjen piioksidipinta muodostaa piioksidi-pii -sidoksen substraattipinnalle liikkuvan kärjen leikkausvoiman alla. Tämä helpottaa piinatomin poistamista alustan ylimmästä pinnasta.
Tekniikasta voi olla iloa nanovalmistuksessa, jossa yritetään pienentää laitteiden ominaisuuksia atomimittakaavaan ulottuvuuteen, Kim uskoo. - Atomisen kerroksen syövytys voi tuottaa syvyysresoluution, joka halutaan saada ilman uhrattavia kerroksia ja vahvoja kemikaaleja.
Tällainen kuviointimenetelmä on liian hidas mikroteollisuuteen nyt, Kim myöntää. Tutkijat voisivat kuitenkin käyttää sitä luomaan alustan elektronisten ja mikroelektromekaanisten eli MEMS-laitteiden testaamiseen joidenkin ångströmien tai yksittäisten atomien mittakaavassa. Tutkijoiden mukaan ainakin IBM on jo tehnyt kokeita useimmilla koetinkärjillä varustettuna. Sitä kautta tekniikan voisi skaalata laajempaan käyttöön.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 2.5.2018
