(PhysOrg.com) -- Stel je voor dat je nano-sized, aan de rand van een computerchip in wording. Down schiet een bundel elektronen, nauwkeurige topografie uitsnijden die vervolgens de diepte van de Grand Canyon in de chip wordt geëtst. Vanuit het perspectief van wetenschappers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy, deze verbeterde vorm van etsen zou de deur kunnen openen naar nieuwe technologieën.

Argonne-nanowetenschapper Seth Darling en collega's van Argonne's Center for Nanoscale Materials and Energy Systems Division zeggen dat het de potentie heeft om een ​​revolutie teweeg te brengen in de manier waarop patronen worden overgebracht op verschillende materialen, een nieuwe aanpak voor de volgende generatie energie, elektronica en geheugentechnologieën.

De innovatie combineert nieuwe trucs met een oude technologie.

Een van de grootste recente vragen waarmee de materiaalwetenschap wordt geconfronteerd, betreft de ontwikkeling van betere technieken voor lithografieën met hoge resolutie, zoals elektronenstraal, of e-straal, lithografie. E-beam lithografie wordt gebruikt om de kleinste structuren te vervaardigen, inclusief micro-elektronica en geavanceerde sensoren; elektronenbundels maken deel uit van een proces dat gewenste patronen in de substantie "print".

Door patronen dieper in materialen over te brengen, kunnen wetenschappers betere elektronica maken.

Om een ​​patroon te maken met behulp van e-beam lithografie, onderzoekers hebben conventioneel een patroon getraceerd in een laag die een "resist, ” die vervolgens in het onderliggende substraat wordt geëtst.

Omdat de resist dun en breekbaar is, een tussenliggend "hard masker" wordt over het algemeen tussen de resist en het substraat gelegd. het harde masker zou lang genoeg aan het substraat blijven kleven om de gewenste kenmerken te kunnen etsen en vervolgens netjes te verwijderen, hoewel de extra laag vaak resulteert in wazigheid, ruwe randen en extra kosten en complicaties.

Maar in de loop van de afgelopen jaren Darling en zijn collega's hebben een techniek ontwikkeld die sequentiële infiltratiesynthese (SIS) wordt genoemd. Een andere methode om aangepaste ontwerpen op nanoschaalniveau te bouwen, SIS omvat de gecontroleerde groei van anorganische materialen in polymeerfilms. Dit betekent dat wetenschappers materialen kunnen construeren met unieke eigenschappen en zelfs met complexe, 3D-geometrieën.

"Met SIS, we kunnen dat dun nemen, delicate resistfilm en robuust maken door deze te infiltreren met anorganisch materiaal, ' legde schat uit. 'Op die manier, je hebt geen tussenmasker nodig, dus je omzeilt alle problemen die met die extra laag te maken hebben."

Hoewel sommige resists onder bepaalde omstandigheden beter kunnen werken dan andere, geen enkele benadering had tot nu toe het vermogen aangetoond om met het gemak een patroon in te voeren, diepte en trouw van de Argonne-aanpak, zei schat.

“Het is mogelijk dat we in staat zijn om zeer smalle objecten te creëren die ver boven een micron diep zijn met slechts een zeer dunne, SIS-verbeterd etsmasker, wat vanuit ons perspectief een doorbraak zou zijn, ' zei hij.

Door sequentiële infiltratiesynthese te combineren met blokcopolymeren, moleculen die zichzelf kunnen assembleren tot een verscheidenheid aan afstembare nanostructuren, deze techniek kan worden uitgebreid om nog kleinere kenmerken te creëren dan mogelijk is met e-beam lithografie. De sleutel is om een ​​selectieve reactie te ontwerpen tussen de anorganische precursormoleculen en een van de componenten in het blokcopolymeer.

"Dit opent een breed scala aan mogelijkheden, " zei Argonne chemicus Jeff Elam, die hielpen bij het opzetten van het proces. "Je kunt je toepassingen voor zonnecellen voorstellen, elektronica, filters, katalysatoren - allerlei verschillende apparaten die nanostructuren nodig hebben, maar ook de functionaliteit van anorganische materialen."

Het werk is gepubliceerd in twee studies, "Verbeterde polymere lithografie biedt weerstand via sequentiële infiltratiesynthese" in de Tijdschrift voor materiaalchemie en "Verbeterde blokcopolymeerlithografie met behulp van sequentiële infiltratiesynthese" in de Tijdschrift voor Fysische Chemie C.

“Hopelijk, onze ontdekking geeft wetenschappers een extra voordeel als het gaat om het creëren van diepere patronen met een hogere resolutie, ' zei schat.