Un preciso Un equipo de Penn State y Southwest Jiaotong University y Tsinghua University en China ha desarrollado un método sin químicos para grabar características a nanoescala en obleas de silicio.

En litografía estándar, se deposita una película fotosensible sobre una oblea de silicio y se usa un patrón llamado máscara para exponer ciertas partes de la película. Luego, los productos químicos, como una solución de hidróxido de potasio, graban patrones en el silicio. Se requieren más pasos para suavizar la superficie rugosa.

Los investigadores de Penn State y Southwest Jiaotong University desarrollaron una sin productos químicos ni mascarillas, proceso de un solo paso. Frotaron ligeramente una punta de sílice redondeada de un instrumento llamado microscopio de sonda de barrido a través de un sustrato de silicio, el material base que se usa normalmente para fabricar dispositivos electrónicos. Cuando se expone al vapor de agua en el aire, la capa superior de silicio forma enlaces con la punta de la sonda de exploración, y una sola capa de átomos se desliza cuando la sonda se mueve a través del silicio. Debido a que los átomos de abajo no participan en la reacción química, están completamente intactos.

"Es una idea realmente única, "dijo Seong Kim, profesor de ingeniería química, Penn State. "Es la llamada reacción triboquímica. A diferencia de las reacciones químicas causadas por el calor, campos de luz o eléctricos, que son todos ampliamente estudiados, las reacciones químicas estimuladas mecánicamente son menos conocidas ".

El mecanismo de eliminación se inicia cuando el silicio se expone al aire y la capa atómica superior de átomos de silicio reacciona con las moléculas de agua para formar enlaces silicio-oxígeno-hidrógeno. Luego, la superficie de óxido de silicio de la punta forma una unión de silicio-óxido-silicio con la superficie del sustrato bajo la fuerza de corte de la punta móvil. Esto facilita la eliminación del átomo de silicio de la superficie superior del sustrato.

Las personas en nanofabricación que intentan reducir el tamaño de las características del dispositivo a dimensiones de escala atómica podrían encontrar útil esta técnica, Kim cree.

"El grabado de capas atómicas puede proporcionar la resolución de profundidad que las personas quisieran obtener sin el uso de capas de sacrificio y productos químicos agresivos, " él dijo.

Este tipo de método de creación de patrones es demasiado lento para la microfabricación ahora, Kim reconoció. Sin embargo, los investigadores podrían usarlo para crear una plataforma para probar dispositivos electrónicos y microelectromecánicos con características en la escala Angstrom o de un solo átomo, mucho más pequeño que los dispositivos actuales. Al menos una empresa, IBM, ha experimentado con múltiples matrices de sondas que podrían conducir a patrones de dispositivos a gran escala.

"Nuestro proceso podría combinarse con su proceso para escalar, "Dijo Kim." Esta es la parte científica inicial. Una vez que vemos la ciencia, Se pueden explorar muchas posibilidades. Por ejemplo, creemos que esta técnica funcionará con otros materiales además del silicio ".

Los investigadores describen su técnica en Comunicaciones de la naturaleza en un artículo titulado "Nanofabricación de superficies de silicio con precisión de una sola capa atómica a través de reacciones mecanoquímicas".