Elektroneilla piirtäen

Rice-yliopiston tutkijat käyttivät fokusoitua elektronisuihkua piirtääkseen piiritoimintoja submikronin tarkkuudella suoraan ultraohueen kiteeseen.

Lähestymistapa tuotti DNA-kierteen leveyttä kapeampia jälkiä, jotka hohtavat kirkkaan sinisellä valolla ja johtavat sähköä. Tämä osoittaa, että sitä voitaisiin käyttää kompaktien sirulla olevien johdotusten ja sisäänrakennettujen valonlähteiden valmistukseen.

”Elektronisuihku toimii pohjimmiltaan nanomittakaavan kynänä”, sanoo materiaalitieteen ja nanotekniikan apulaisprofessori Hae Yeon Lee. ”Tämä on yksivaiheinen tapa piirtää valonlähteitä ja johtoja mittakaavoissa, joissa hallintaa on vaikea saavuttaa perinteisillä tekniikoilla, kuten litografialla.”

Tiimi työskenteli molybdeenioksidin kanssa, joka on valmistettu pinotuista ultraohuista levyistä, joita pitävät yhdessä heikot van der Waalsin voimat.

Waalsin rakenne tekee näiden voimien hallitsemista materiaaleista erittäin viritettäviä – ¾ laatua, jota materiaalitieteilijät toivovat valjastavansa seuraavan sukupolven piirirakenteisiin.

Työssään tutkijat testasivat ajatusta, että korkeaenergiset elektronit voisivat toimia kuin pienet vasarat, jotka irrottavat happiatomeja molybdeenioksidihilasta. Nämä puuttuvat atomit tunnetaan happivirheinä ja ne saivat kiteen sekä loistamaan kirkkaammin että kuljettamaan virtaa helpommin.

"Missä elektronisuihku 'kirjoitti', sininen emissio kasvoi nopeasti ja pysyi kirkkaana", sanoi postdoc-tutkija Yifeng Liu. "Näistä kuvioista tulee myös satoja kertoja johtavampia, jolloin muodostuu teräviä sisäänrakennettuja lankoja." Koska elektronisuihkun täplä on niin hieno, kuviot saavuttivat vain muutaman sadan nanometrin mittakaavan. Tämä tarkkuus mahdollistaa hehkuvien jälkien ja nanomittakaavan johdotusten integroinnin suoraan siruihin, antureihin ja muihin rakenteisiin.

Tutkijat käyttivät erityislaitteistoaan sekä molybdeenioksidikiteiden happivirheiden luomiseen että prosessissa säteilevän valon, jota kutsutaan katodiluminesenssiksi, tallentamiseen. Tämän avulla he pystyivät seuraamaan kidehilan muutoksia reaaliajassa ja karakterisoimaan syntyviä ominaisuuksia.

"Vahvistimme myös happivirheiden syntymisen täydentävillä karakterisointitekniikoilla", Liu sanoi. "Kaiken kaikkiaan tässä työssä on jännittävää se, että kaikki nämä materiaalivaikutukset saavutetaan samanaikaisesti. Emme tee erillisiä vaiheita optiikalle ja elektroniikalle. Kirjoitamme molempia kerralla, yhteen materiaaliin, todella suurella tarkkuudella."

Tutkijoiden mukaan menetelmä voisi tarjota monipuolisen alustan sirulla oleville valonlähteille, johtaville liitoksille ja mukautettaville optoelektronisille elementeille sekä uuden työkalupakin seuraavan sukupolven optoelektronisten laitteiden suunnitteluun.

Aiheesta aiemmin:

Hallita kolmiulotteisen suprajohtavan nanorakenteen ominaisuuksia

Valon hienosäätöä nanopisteillä

Fotonisiru ilman litografiaa