Nanovoimia halliten alhaalta ylöspäin

Nanotekninen siruelektroniikka vaatii perinteisestä syövyttävästä piirivalmistustekniikasta luopumista ja siirtymistä alhaalta ylöspäin rakentavan tekniikan käyttöönottoa.

MIT:n tutkijat Farnaz Niroui ja Spencer Zhu kollegoineen ovat kehittäneet tekniikan, jolla voidaan tarkasti ohjata nanohiukkasten järjestelyä ja sijoittumista esimerkiksi piihin tavalla, joka ei vahingoita tai saastuta sitä.

Nykyisissä nanovalmistuksen menetelmissä käytetään liuoksia, malleja, kemiaa, painetta tai korkeita lämpötiloja, jotka voivat vahingoittaa pintoja ja tuloksena olevaa rakennetta.

Sen sijaan MIT:n käyttivät nanomitoissa esiintyviä vahvoja voimia järjestääkseen hiukkaset haluttuun kuvioon ja siirtämään ne sitten pinnalle ilman kemikaaleja tai korkeita paineita ja alemmissa lämpötiloissa.

Nanohiukkasten kontaktitulostukseksi nimetty valmistusmenetelmä aloitetaan tuottamalla kemialiuoksessa nanohiukkasia, joilla on määrätty koko ja muoto.

Joustavan pintaan tehdyn nanohiukkasille mitoitetun mallin avulla sitten nanokuviointi siirretään haluttuun materiaaliin.

Nanomittakaavassa kapillaarivoimat ovat hallitsevia, kun nanopartikkelit ovat nesteessä ja van der Waalsin voimat hallitsevat nanopartikkelien ja kiinteän pinnan rajapinnassa. Kun malliin uitetaan nestettä kapillaarivoimat siirtävät nanopartikkelit tarkasti oikeaan kohtaan. Kun neste kuivuu, van der Waalsin voimat pitävät nanopartikkelit mallineessa paikoillaan.

Kuvion siirtoa varten pintojen voimat on suunniteltava sellaisiksi, että van der Waalsin voimat ovat riittävän vahvoja tukemaan hiukkasten vapautumista mallista ja kiinnittymistä vastaanottavaan pintaan, yhden kuivan kosketus- ja irrotusvaiheen kautta.

Nanohiukkaset tulostetaan siten pinnoille ilman liuottimia, pintakäsittelyjä tai korkeita lämpötiloja. Tämä pitää pinnat koskemattomina ja ominaisuudet ehjinä ja mahdollistaa yli 95 prosenttisen tuoton.

Tiimi käytti tätä tekniikkaa järjestääkseen nanopartikkelit mielivaltaisiin muotoihin, kuten aakkosten kirjaimiin, ja siirsi ne sitten piihin erittäin suurella sijaintitarkkuudella. Menetelmä toimii myös muun muotoisten nanohiukkasten, kuten pallojen ja erilaisten materiaalityyppien kanssa. Ja se voi siirtää nanopartikkeleita tehokkaasti eri pinnoille, kuten kullalle tai jopa joustaville substraateille seuraavan sukupolven sähköisiä ja optisia rakenteita ja laitteita ajatellen.

Tutkijoiden mukaan lähestymistapa on myös skaalautuva, joten sitä voidaan laajentaa käytettäväksi todellisten laitteiden valmistukseen.

Aiheesta aiemmin:

Nanomittakaavan 3D-rakenteita