(PhysOrg.com) -- Een belangrijke stap in veel nanofabricageprocessen is het maken van dunne films, soms maar één molecuul dik, door een methode die bekend staat als atomaire laagafzetting. Onderzoekers van Cornell en de Universiteit van Tel Aviv hebben een nieuwe tool ontwikkeld voor nanofabrikanten om de fysieke eigenschappen van dergelijke films te testen.

Ultradunne films worden steeds belangrijker bij het construeren van microschakelingen. Hun fysieke kenmerken bepalen vaak zowel hun elektronische gedrag als hun slijtvastheid.

De onderzoekers hebben aangetoond dat kleine resonerende cantilevers - siliciumstaven verankerd aan het ene uiteinde, zoals een kleine duikplank -- kan de dichtheid van een film en zijn Young's modulus bepalen, een maat voor weerstand tegen buigen. De methode biedt verschillende voordelen ten opzichte van andere methoden om deze eigenschappen van dunne films te meten, zeiden de onderzoekers, en kan worden gebruikt door alle onderzoekers met toegang tot nanofabricagemogelijkheden die vergelijkbaar zijn met die van de Cornell Nanoscale Facility.

Het werk werd gerapporteerd in het nummer van 15 augustus van de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde door Cornell onderzoeksmedewerker Rob Ilic, Slava Krylov, hoofddocent aan de Universiteit van Tel Aviv en voormalig gasthoogleraar aan Cornell, en Harold Craighead, de CW Lake Jr. Professor of Engineering aan de Cornell.

Cornell-onderzoekers hebben eerder minuscule trillende uitkragingen van slechts enkele nanometers (miljardsten van een meter) dik gebruikt om de massa objecten zo klein als een virus te detecteren. Net zoals een dikke gitaarsnaar op een lagere toon trilt dan een dunnere, het toevoegen van massa aan een trillende staaf verandert de trillingsfrequentie. Het coaten van de staaf met een dunne film voegt detecteerbare massa toe, en van de massa en dikte van de film, dichtheid kan worden bepaald.

De film verandert ook de weerstand van de cantilever tegen buigen. Om dit kenmerk te onderscheiden, de onderzoekers vergeleken in-plan (van links naar rechts) en out-of-plan (op en neer) trillingen. De weerstand tegen buigen in verschillende richtingen is merkbaar anders wanneer de trilstaaf breed en dun is. Als de doorsnede van de staaf vierkant is, er is geen verschil tussen op en neer en zijwaartse beweging.

Om hun idee te testen, de onderzoekers fabriceerden verschillende uitkragingen van zes tot tien micron (miljoensten van een meter) lang, 45 nanometer dik en met breedtes variërend van 45 nanometer tot 1 micron. Bij verschillende experimenten is ze brachten films van aluminium aan, aluminiumnitride en hafnium van 21,2 tot 21,5 nanometer dik tot het oppervlak van de uitkragingen.

Een laserstraal gericht op de basis van een cantilever levert energie om deze in trilling te brengen, en een andere laser gericht op het einde meet de trilling. Als een stemvork, elke staaf heeft een resonantiefrequentie waarmee hij trilt, en dat hangt af van de afmetingen en fysieke kenmerken van het apparaat. Door de resonantiefrequentie en enkele van zijn harmonischen voor en na het aanbrengen van een film te vergelijken, konden de onderzoekers de dichtheid en Young's modulus van de film berekenen.

Tijdens vele experimenten, de berekeningen kwamen goed overeen met theoretische voorspellingen en kenmerken van films gemeten met andere methoden. Sommige aspecten van de fabricagemethode van de nanocantilevers kunnen de resultaten beïnvloeden, vonden de onderzoekers, maar ze zeiden dat de nauwkeurigheid kan worden verbeterd.

Het werk werd ondersteund door de Defense Advanced Projects Research Administration, de National Science Foundation en de staat New York.