Het begint allemaal met een enkele octaëderstructuur, dan zijn het er na vier iteraties al 625. Elke iteratie creëert een nieuwe octaëder op elk hoekpunt. Het resultaat is een fascinerende 3D-fractalconstructie op micro- en nanoschaal, geschikt b.v. voor hoogwaardige filters. Onderzoekers van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente presenteren deze vinding in de Journal of Micromechanica and Microengineering .

Een geometrische figuur kan zichzelf oneindig herhalen in een fractal. Als je inzoomt zie je steeds dezelfde structuur. Het grote voordeel van een driedimensionale fractal is dat het effectieve oppervlak bij elke afname groter wordt en tegelijkertijd de ruimte optimaal benut wordt. In het geval van de octaëders is de uiteindelijke structuur niet veel groter dan de oorspronkelijke octaëder, maar het effectieve oppervlak is met een factor 6,5 gegroeid. De kleinste octaëders zijn 300 nanometer groot met kleine gaatjes op de hoekpunten met een diameter van 100 nanometer. 625 van deze nanoporiën op een klein oppervlak kunnen een zeer effectief filter vormen met een zeer lage stromingsweerstand, bijvoorbeeld. De octaëders kunnen ook worden gebruikt als kleine kooien om levende cellen vast te houden en hun interacties met cellen in aangrenzende octaëders te onderzoeken. En wat gebeurt er als je licht in de structuur richt? De mogelijkheden zijn legio.

Hoeklithografie

Om de repetitieve driedimensionale structuur te creëren, gebruiken de onderzoekers een technologie die ze zelf hebben ontwikkeld, bekend als 'hoeklithografie'. Eerst wordt een piramidevorm in silicium geëtst, vervolgens wordt een dunne laag siliciumnitride aangebracht. Dit wordt verwijderd, een kleine hoeveelheid siliciumnitride achterlatend in de hoekpunten, een soort stekker. Ook deze wordt verwijderd zodat er meer door het zo ontstane gaatje kan worden geëtst. De achthoekige 3D-structuur vormt zich door 'auto-alignment' vanzelf langs de kristallijne vlakken van het silicium.

Siliciumnitride wordt opnieuw op elk hoekpunt aangebracht en het proces wordt herhaald. De nieuwe structuur ontvouwt zich automatisch in elke richting, met de grootte van de nieuwe octaëders afhankelijk van de etstijd. Zo ontwikkelt de structuur zich van micrometer tot nanometer. Een van de grote voordelen is dat er geen complexe technologie nodig is om de poriën één voor één te maken, bijvoorbeeld. Miljoenen van de fractals kunnen parallel op een wafer worden gemaakt, elk met 625 poriën. Er kunnen meer dan vier iteraties worden gebruikt, maar dit stelt wel hogere eisen aan de techniek en de precisie van het etsproces.

Het onderzoek is uitgevoerd door de Transducers Science and Technology Group van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente.

Het artikel, 'Vervaardiging van 3D-fractale structuren met behulp van anisotroop etsen op nanoschaal van monokristallijn silicium' door Erwin Berenschot, Henri Jansen en Niels Tas, staat op de cover van het meinummer van de Journal of Micromechanica and Microengineering .