(PhysOrg.com) -- Un passaggio chiave in molti processi di nanofabbricazione è creare film sottili, a volte solo una molecola spessa, con un metodo noto come deposizione di strati atomici. I ricercatori della Cornell e dell'Università di Tel Aviv hanno sviluppato un nuovo strumento per i nanofabbricatori per testare le proprietà fisiche di tali film.

I film ultrasottili sono sempre più importanti nella costruzione di microcircuiti. Le loro caratteristiche fisiche determinano spesso il loro comportamento elettronico così come la loro resistenza all'usura.

I ricercatori hanno dimostrato che minuscoli cantilever risonanti - barre di silicio ancorate a un'estremità, come un minuscolo trampolino - può determinare la densità di un film e il suo modulo di Young, una misura di resistenza alla flessione. Il metodo offre numerosi vantaggi rispetto ad altri metodi per misurare queste caratteristiche dei film sottili, i ricercatori hanno detto, e può essere utilizzato da qualsiasi ricercatore con accesso a capacità di nanofabbricazione paragonabili a quelle della Cornell Nanoscale Facility.

Il lavoro è stato riportato nel numero del 15 agosto del Rivista di fisica applicata dal ricercatore Cornell Rob Ilic, Slava Krylov, docente senior presso l'Università di Tel Aviv ed ex professore in visita alla Cornell, e Harold Craighead, il C.W. Lake Jr. Professore di Ingegneria alla Cornell.

I ricercatori della Cornell hanno precedentemente utilizzato minuscoli cantilever vibranti di appena pochi nanometri (miliardesimi di metro) per rilevare la massa di oggetti piccoli come un virus. Proprio come una grossa corda di chitarra vibra con una nota più bassa di una più sottile, l'aggiunta di massa a un'asta vibrante cambia la sua frequenza di vibrazione. Rivestire l'asta con un film sottile aggiunge massa rilevabile, e dalla massa e dallo spessore del film, si può determinare la densità

Il film modifica anche la resistenza del cantilever alla flessione. Per separare questa caratteristica, i ricercatori hanno confrontato le vibrazioni nel piano (da lato a lato) e fuori dal piano (su e giù). La resistenza alla flessione in direzioni diverse è notevolmente diversa quando l'asta vibrante è larga e sottile. Quando la sezione trasversale dell'asta è quadrata, non c'è differenza tra il movimento su e giù e da un lato all'altro.

Per testare la loro idea, i ricercatori hanno fabbricato una varietà di cantilever lunghi da sei a 10 micron (milionesimi di metro), 45 nanometri di spessore e con larghezze variabili da 45 nanometri a 1 micron. In vari esperimenti, hanno applicato pellicole di alluminio, nitruro di alluminio e afnio da 21,2 a 21,5 nanometri di spessore alla superficie dei cantilever.

Un raggio laser focalizzato sulla base di un cantilever fornisce energia per farlo vibrare, e un altro laser puntato alla fine misura la vibrazione. Come un diapason, ogni canna ha una frequenza di risonanza alla quale vibra, e ciò dipende dalle dimensioni e dalle caratteristiche fisiche del dispositivo. Il confronto della frequenza di risonanza e di alcune delle sue armoniche prima e dopo l'applicazione di una pellicola ha consentito ai ricercatori di calcolare la densità e il modulo di Young della pellicola.

Nel corso di molti esperimenti, i calcoli concordavano bene con le previsioni teoriche e le caratteristiche dei film misurati con altri metodi. Alcuni aspetti del metodo di fabbricazione dei nanocantilever potrebbero influenzare i risultati, i ricercatori hanno scoperto, ma hanno detto che la precisione potrebbe essere migliorata.

Il lavoro è stato sostenuto dalla Defense Advanced Projects Research Administration, la National Science Foundation e lo stato di New York.