Nanomittakaavan 3D-rakenteita

Rice yliopiston materiaalitieteilijät luovat piidioksidirakenteita erikoistuneella 3D-tulostimella, osoittaen samalla menetelmän mikromittakaavan elektronisten, mekaanisten ja fotonisten rakenteiden valmistamiseksi alhaalta ylöspäin.

Materiaalitieteen ja nanotekniikan professorin Jun Loun johtama tutkimus paneutuu nykyisen ylhäältä alas valmistuksen rajoituksiin kääntämällä prosessin päälaelleen.

"Periaatteessa voimme tulostaa mielivaltaisia 3D-muotoja, jotka voivat olla erittäin mielenkiintoisia eksoottisten fotonisten laitteiden valmistuksessa", Lou toteaa."

Laboratorio käyttää kaksifotonista polymerointiprosessia tulostamaan rakenteita, joiden viivat ovat vain muutamia satoja nanometrejä eli pienempiä kuin valon aallonpituus. Laserit ”kirjoittavat” linjat tehostamalla mustetta absorboimaan kaksi fotonia ja käynnistämään materiaalin vapaiden radikaalien polymeroinnin.

Rice-tutkijoiden prosessissa fotonitiaattorit absorboivat kaksi fotonia samanaikaisesti, mikä vaatii paljon energiaa. ”Vain hyvin pieni tämän energian huipusta aiheuttaa polymeroitumista ja senkin vain hyvin pienessä tilassa. Siksi tämän prosessin avulla voimme ylittää valon diffraktiorajan,” kertoo jatko-opiskelija Boyu Zhang.

Tulostusprosessi vaati Rice-laboratorion kehittämän musteen. Painoprosessin jälkeen rakenne kiinteytetään korkean lämpötilan sintrauksella. Laboratorio osoitti myös materiaalin dopingin erilaisilla harvinaisten maametallien suoloilla. Laboratorion seuraava tavoite on hienosäätää prosessia alle 10 nanometrin resoluution saavuttamiseksi.

EPFL:n puolijohdemateriaalien laboratorion tieteilijä Valerio Piazza, luo myös uusia 3D-arkkitehtuureja, jotka on rakennettu kekseliäästi nanolangoista.

Hänen tutkimuksensa tavoitteena on ylittää nykytekniikan pienennyksen rajat ja tasoittaa tietä tehokkaammille elektronisille rakenteille. Työn painopisteenä ovat nanolangat tai puolijohtavista materiaaleista tehdyt nanorakenteet ja tavoitteena on siirtää transistorit niiden kylläisyyspisteen ulkopuolelle.

"Suurimmat haasteet, joita kohtaamme nyt prosessointitehossa, liittyvät transistorin kyllästymispisteen voittamiseen, minkä voimme tehdä nanolangoilla ja muilla nanorakenteilla", sanoo Piazza.

Piazzan vaaka- tai pystysuorat nanolangat koostuvat jaksollisen järjestelmän ryhmien III ja V atomeista: gallium, alumiini, indium,typpi, fosfori ja arseeni.

Suorittimen transistorien mitat ovat tällä hetkellä noin 10 nm. Piazzan nanolangat ovat samankokoisia, mutta niiden pitäisi tarjota parempi sähköinen suorituskyky kiteen laadusta riippuen. Menetelmässä etsataan nanojohteita alustan pinnoille erilaisten kuvioiden luomiseksi, joiden avulla erilaisia rakenteita voi sitten testata suorituskyvyn edelleen parantamiseksi.

Aiheista aiemmin:

Kolmiulotteinen materiaalitulostus molekyylirajalle

Itserakentuva 3D-akku latautuisi sekunneissa