De toenemende miniaturisering van elektrische componenten in de industrie vraagt ​​om een ​​nieuwe beeldvormingstechniek op nanometerschaal. Delfts onderzoeker Gerard Verbiest en ASML hebben een eerste proof-of-concept methode ontwikkeld die ze nu verder willen ontwikkelen. De methode maakt gebruik van hetzelfde principe als echografie bij zwangerschappen, maar op een veel, veel kleinere schaal.

Echografie

"Bestaande niet-destructieve beeldvormingstechnieken voor nano-elektronica, zoals optische en elektronenmicroscopie, zijn niet nauwkeurig genoeg of toepasbaar op diepere constructies, ", vertelt Gerard Verbiest van de faculteit 3mE in Delft. "Een bekende 3D-techniek op macroschaal is echografie. Het voordeel hiervan is dat het voor elk monster werkt. Dat maakt echografie een uitstekende manier om de 3D-structuur van een niet-transparant monster op een niet-destructieve manier in kaart te brengen." ultrasone technologie op nanoschaal bestond nog niet. Inderdaad, de resolutie van echografie wordt sterk bepaald door de golflengte van het gebruikte geluid, en dat is meestal rond een millimeter.

AFM

"Om dit te verbeteren, echografie is al geïntegreerd in een Atomic Force Microscope (AFM), Verbiest vervolgt. "AFM is een techniek waarmee je met een minuscuul naaldje heel nauwkeurig oppervlakken kunt scannen en in kaart brengen. Het voordeel hiervan is dat niet de golflengte maar de grootte van de punt van de AFM de resolutie bepaalt. Helaas, op de tot nu toe gebruikte frequenties (1-10 MHz), de respons van de AFM is klein en onduidelijk. We zien wel iets, maar het is niet precies duidelijk wat we zien. Dus de frequentie van het gebruikte geluid moest verder worden verhoogd, naar het GHz-bereik, en dat is wat we hebben gedaan."

Het verhogen van de frequentie is iets dat pas sinds kort mogelijk is, Verbiest legt uit. "Dat bereiken we door middel van fotoakoestiek. Door het fotoakoestische effect te gebruiken, kun je extreem korte geluidspulsen genereren. We zijn erin geslaagd om deze techniek te integreren in een AFM. Met de punt van de AFM, we kunnen het signaal focussen. Onze opstelling is klaar, en we hebben de eerste tests uitgevoerd."

Cellenbiologie

Zoals genoemd, de nieuwe methode is vooral interessant voor nano-elektronica. "Als je in de toekomst nog kleinere chips met nog kleinere patronen wilt maken, dan is dit de stap die je moet nemen, " zegt Verbiest. "Bijvoorbeeld om het mogelijk te maken om met nanometerprecisie twee lagen op elkaar te plaatsen."

"Maar er zijn zeker ook potentiële toepassingen buiten de elektronica. Je zou het in de celbiologie kunnen gebruiken om een ​​gedetailleerd 3D-beeld te maken van een enkele levende cel, bijvoorbeeld van de manier waarop mitochondriën in een cel worden gevouwen. En in de materiaalkunde, je zou het kunnen gebruiken voor onderzoek naar warmtetransport in een verbazingwekkend materiaal als grafeen."

Snelle vooruitgang

Verbiest heeft snelle vorderingen gemaakt. “Sinds april vorig jaar werkt een postdoc-onderzoeker aan dit project en sinds oktober een promovendus. Dus in ongeveer acht maanden tijd hebben we de eerste metingen kunnen doen met onze opstelling en gaan we door met ontwikkelen dit in de komende periode. ASML, die ook de intellectuele eigendom bezit, zal het onderzoek overnemen en hopelijk de industriële toepassing van de nieuwe methode versnellen. Maar dat, natuurlijk, hangt af van de resultaten die we behalen."