Water is het belangrijkste onderdeel in een Rice University-proces om op betrouwbare wijze patronen te creëren van metalen en halfgeleidende draden van minder dan 10 nanometer breed.

De techniek van het Rice-lab van chemicus James Tour bouwt voort op zijn ontdekking dat de meniscus - het ronde wateroppervlak aan de rand - een effectief masker kan zijn om nanodraden te maken.

Het Rice-team van Tour en afgestudeerde studenten Vera Abramova en Alexander Slesarev hebben nu nanodraden gemaakt tussen 6 en 16 nanometer breed van silicium, siliciumdioxide, goud, chroom, wolfraam, titanium, titaandioxide en aluminium. Ze hebben ook dwarsbalkstructuren gemaakt van geleidende nanodraden van een of meer van de materialen.

Een paper over hun techniek, meniscusmaskerlithografie genoemd, is online gepubliceerd door het tijdschrift American Chemical Society Nano-letters .

Het proces is veelbelovend voor de halfgeleiderindustrie, aangezien het ernaar streeft circuits steeds kleiner te maken. State-of-the-art fabricage van geïntegreerde schakelingen maakt signaaldraden mogelijk die tot 10 nanometer naderen, alleen zichtbaar met krachtige microscopen. Dit zijn de paden die de miljarden transistors in moderne elektronische apparaten met elkaar verbinden.

"Dit zou enorme gevolgen kunnen hebben voor de productie van chips, aangezien de draden gemakkelijk kunnen worden gemaakt tot een grootte van minder dan 10 nanometer, Tour zei over het Rice-proces. "Er is geen andere manier ter wereld om dit massaal op een oppervlak te doen."

De huidige benaderingen voor het maken van zulke kleine draden volgen verschillende paden. Lithografie, de standaardmethode voor het etsen van geïntegreerde schakelingen, nadert de fysieke grenzen van zijn vermogen om ze verder te verkleinen. Bulksynthese van halfgeleidende en metalen nanodraden is ook mogelijk, maar de draden zijn moeilijk te plaatsen in geïntegreerde schakelingen.

De neiging van water om zich aan oppervlakken te hechten ging van ergernis naar een voordeel toen de Rice-onderzoekers ontdekten dat ze het als masker konden gebruiken om patronen te maken. De watermoleculen verzamelen zich overal waar een verhoogd patroon het doelmateriaal verbindt en vormen een gebogen meniscus die wordt gecreëerd door de oppervlaktespanning van water.

Het meniscus-maskerproces omvat het toevoegen en vervolgens verwijderen van materialen in een volgorde die uiteindelijk een meniscus achterlaat die de draad bedekt en de zijwand van een opofferend metalen masker beklimt dat, wanneer weggeëtst, laat de nanodraad alleen staan.

Tour zei dat het proces zou moeten werken met moderne fabricagetechnologie zonder aanpassingen aan bestaande apparatuur en minimale wijzigingen in fabricageprotocollen. Er zijn geen nieuwe gereedschappen of materialen nodig.

Tour is de T.T. en W.F. Chao-leerstoel in de chemie, evenals een professor in materiaalkunde en nano-engineering en informatica en lid van het Richard E. Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology van Rice.

Het Air Force Office of Scientific Research ondersteunde het onderzoek.