De steeds toenemende vraag naar verbeterde prestaties in elektronische apparaten zoals zonnecellen, sensoren en batterijen gaat gepaard met de behoefte om manieren te vinden om kleinere elektrische componenten te maken. Er zijn verschillende technieken voorgesteld om kleine, nanoschaalstructuren op silicium, maar bij dit soort 'nanopatronen' is meestal sprake van een lage doorvoer, dure benaderingen die niet geschikt zijn voor grootschalige productie. Sivashankar Krishnamoorthy en collega's van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering hebben nu een eenvoudige en robuuste methode gevonden om het hele oppervlak van een siliciumwafel te nanopatternen.

De techniek van Krishnamoorthy maakt gebruik van de zelfassemblerende eigenschappen van polymere nanodeeltjes, zogenaamde omgekeerde micellen. Deze onconventionele deeltjes hebben een structuur die bestaat uit een polaire kern en een buitenste laag van niet-polaire ‘armen’. Omgekeerde micellen kunnen zeer geordende arrays vormen op het oppervlak van een siliciumwafel. De resulterende 'coating' kan worden gebruikt als een lithografische resist om het siliciumoppervlak tijdens het etsproces te maskeren.

Hoewel andere groepen in eerdere studies soortgelijke benaderingen hebben ontwikkeld, Krishnamoorthy en collega's zijn de eersten die een proces hebben ontwikkeld waarmee het hele oppervlak van een siliciumwafel kan worden voorzien van zeer uniforme nanostructuren (zie afbeelding). De auteurs hebben een methode ontwikkeld om nanostructuurvariaties over grote gebieden te kwantificeren met behulp van eenvoudige optische hulpmiddelen, de weg vrijmaakt voor nanometrologie met hoge doorvoer.

Als extra verbetering van het proces, de onderzoekers stelden de zelf-geassembleerde polymeerlaag bloot aan een damp van titaniumchloride. Het titaniumchloride hoopt zich selectief op in de polaire kern van elke micel. Een explosie van zuurstofplasma verwijdert vervolgens het polymeer om een ​​patroon van minuscule puntjes van titaniumoxide achter te laten. Dit proces zet een zacht organisch sjabloon om in een hard anorganisch masker dat veel beter geschikt is voor het etsen van ultrafijne kenmerken in het silicium, het produceren van arrays van nanopijlers die minder dan 10 nanometer uit elkaar liggen.

De bevindingen zullen naar verwachting zeer aanpasbaar zijn. “Hoewel we het proces voor het maken van siliciumnanopilaren hebben aangetoond, het is zeer veelzijdig en kan gemakkelijk worden uitgebreid om nanopatronen van de meeste andere materialen te bereiken, bijvoorbeeld, metalen, halfgeleiders en polymeren door geschikte nabewerking van de initiële copolymeertemplates, ', legt Krishnamoorthy uit. "Er zouden ook andere patronen kunnen worden gecreëerd dan nanopijlers, afhankelijk van de gebruikte patroonoverdrachtverwerking."

Krishnamoorthy en zijn team onderzoeken al de mogelijke toepassingen van hun techniek. “We maken momenteel gebruik van dit proces om nanodevices te maken voor sensing, gegevens opslag, en energietoepassingen, zoals batterijen en zonnecellen, ' zegt Krishnamoorthy.