Silicium is het werkpaard van de elektronica-industrie, dienen als basismateriaal voor de kleine transistors die het mogelijk maken voor digitale klokken om te tikken en computers om te berekenen. Nu zijn wetenschappers erin geslaagd om bijna atomair vlak silicium te maken, van de door de elektronica-industrie gehanteerde oriëntatie, in een reactie op kamertemperatuur. Het platte silicium zou ooit als basis kunnen dienen voor nieuwe biologische en chemische sensoren. De onderzoekers zullen hun werk presenteren op het AVS 59th International Symposium and Exhibition, gehouden van 28 oktober - 2 november in Tampa, fla.

"In essentie, we hebben perfecte siliconenoppervlakken gemaakt in een beker, " zegt teamleider Melissa Hines, een chemicus aan de Cornell University. Onderzoekers hadden eerder perfect vlak silicium gemaakt, maar het eerdere werk concentreerde zich op siliciumoppervlakken die langs een kristalvlak waren gesneden dat niet wordt gebruikt in de elektronica-industrie. Het team van Hines heeft de vlakke oppervlakken gemaakt langs de industriestandaard kristaloriëntatie.

De creatie van het eerste bijna atomair vlakke oppervlak van het team kwam als een beetje een verrassing. Er werd algemeen aangenomen dat het oplosproces dat het team gebruikte om het silicium te reinigen, ruw achterliet, hobbelige oppervlakken. Hines werkte aan een recensiepapier en had een van haar afgestudeerde studenten gevraagd een foto van het oppervlak te maken met behulp van een instrument dat een scanning tunneling microscope (STM) wordt genoemd en dat oppervlakken tot in detail op atomair niveau kan weergeven. "Toen we naar de oppervlakte keken, We realiseerden ons onverwachts, 'Hallo, dit ziet er eigenlijk heel plat uit, ', zegt Heinen.

De microscoopbeelden toonden een oppervlak met afwisselend enkele atoombrede rijen. Met behulp van de aanvullende hulpmiddelen van computersimulaties en infraroodspectroscopie bepaalden de onderzoekers dat de siliciumatomen in de rijen waren gebonden aan waterstofatomen die werkten als een was, voorkomen dat het oppervlak verder reageert als het eenmaal in de lucht is geplaatst. "Wat dat betekent is dat als je dit perfect vlakke oppervlak neemt, trek het uit de waterige reactanten, en spoel het af, je kunt het 10-20 minuten in de kamerlucht laten rondslingeren zonder dat het begint te reageren, ", zegt Hines. "Als je me als afgestudeerde student had verteld dat je een schoon oppervlak zou kunnen hebben dat gewoon 10 minuten in de lucht zou kunnen blijven hangen, Ik zou gedacht hebben dat je gek was."

Het team gelooft dat een deel van de reden waarom hun siliciumoppervlakken zo plat zijn, is dat ze de wafels ongeveer elke 15 seconden in en uit de oplossing dompelen, voorkomen dat bellen uit de reactie zich ophopen en ongelijkmatig etsen veroorzaken. Echter, ze crediteren ook de STM-afbeeldingen omdat ze hen hebben geholpen te beseffen hoe plat de oppervlakken waren. Het team bouwde de informatie uit de afbeeldingen op door computersimulaties en andere hulpmiddelen te gebruiken om de exacte chemische reactiestappen te onthullen die in de oplossing plaatsvonden. "Experimenteel, dit is een heel eenvoudig experiment:je neemt een stuk silicium, je wentelt het in een beker met oplossing, en dan trek je het eruit en kijk je ernaar. Om eerlijk te zijn, er is geen reden om aan te nemen dat Bell Labs twintig jaar geleden niet zo'n goed oppervlak heeft gemaakt als het onze, maar ze keken er niet met STM naar, dus ze wisten het niet ’ zegt Hines.

Het team van Hines werkt nu aan het toevoegen van moleculen aan de atomair gladde, op waterstof eindigend siliciumoppervlak in de hoop nieuwe chemische of biologische sensoren te bouwen. "Op dit punt, Ik kan je niet precies vertellen hoe we dit zullen bereiken, maar we hebben veelbelovende resultaten en hopen binnenkort meer te kunnen melden, ’ zegt Hines.