Attacco localizzato di un wafer di silicio (100) dopo idrolisi di colloidi di lattice di polistirene funzionalizzato con ammidina. La dimensione del nanopozzetto può essere controllata con precisione con la dimensione dei colloidi APSL. Non è necessaria alcuna maschera di incisione e la regione al di fuori dei nanopozzetti non è affatto incisa. Barra della scala =500 nm.
(PhysOrg.com) -- Una cassaforte, semplice, e un metodo economico per creare micron perfettamente incisi e pozzi di dimensioni più piccole in una varietà di substrati è stato sviluppato dai ricercatori del Dipartimento di ingegneria chimica di Penn State. Superfici con motivi simili sono attualmente realizzate utilizzando metodi fotolitografici complessi e costosi e processi di incisione in condizioni di camera bianca e utilizzate nella fabbricazione di molti dispositivi ottici, elettrico, e dispositivi meccanici.
La scoperta del nanopozzo è stata fatta nei laboratori di Darrell Velegol e Seong Kim dallo studente laureato di Velegol, Neetu Chaturvedi, e lo studente laureato di Kim, Erik Hsiao. Un articolo che dettaglia la loro ricerca, "Fabbricazione senza maschera di nanopozzetti utilizzando colloidi chimicamente reattivi, ” apparso nell'edizione online della rivista Nano lettere nel gennaio 2011. In collaborazione con Chaturvedi, Hsiao stava lavorando a un progetto per far aderire il polistirene su un wafer di silicio per creare nanostrutture con dimensioni note. Quando Hsiao le chiese di scaldare uno dei suoi campioni, un errore di comunicazione l'ha portata a riscaldare a bassa temperatura la fetta di polistirene e silicio in acqua nell'autoclave normalmente utilizzata per i campioni biologici piuttosto che nel forno sottovuoto. Quando hanno esaminato i campioni al microscopio a forza atomica (AFM), notarono che si erano formati dei buchi sotto le particelle di polistirene. Un ulteriore esame al microscopio elettronico a scansione (SEM) li ha mostrati perfettamente incisi, fori di forma piramidale nel substrato al di sotto dei punti in cui le particelle colloidali di lattice di polistirene funzionalizzate con ammidina avevano aderito al biossido di silicio sulla superficie del wafer di silicio.
"Abbiamo visto tre fori nel campione al primo imaging AFM e non sapevamo cosa significasse poiché ci aspettavamo patch polimeriche simili a pancake sul campione, disse Hsiao. Hanno portato il campione ai loro consiglieri, che furono entrambi sorpresi dall'ostia incisa. Ripercorrendo i passi compiuti dagli studenti, i ricercatori si sono resi conto che i pozzi sono stati prodotti quando l'acqua ha idrolizzato il gruppo ammidinico nella particella, e attraverso una serie di reazioni chimiche, ha creato uno ione idrossido che ha inciso il pozzo nel wafer di silicio. I fori erano uniformi e la loro dimensione e profondità dipendevano totalmente dalla dimensione della particella di polistirene originale, anche se l'orientamento del cristallo di silicio ha influito sulla forma dei pozzetti. In un orientamento (100), i pozzi erano perfette piramidi rovesciate a quattro lati. Nell'altro orientamento (111), i pozzi erano esagoni perfetti. I quattro ricercatori li hanno chiamati nanopozzi, perché la dimensione inferiore dei pozzi era di soli un paio di nanometri di diametro. Ben presto si sono resi conto di aver scoperto un nuovo metodo senza maschera per creare strutture in silicio senza i passaggi elaborati normalmente richiesti nella camera bianca.
“Stiamo fornendo ioni idrossido direttamente dove vogliamo incidere, ” ha spiegato Velegol. “È molto più sicuro ed economico della litografia a fascio di elettroni e a raggi X. È così sicuro che potresti praticamente mangiare queste particelle senza alcun danno".
“Pensiamo che questa sia una scoperta abbastanza generale, ” ha aggiunto Kim. “È un modo per fornire chimica localmente piuttosto che alla rinfusa. Molti metalli, ceramica, e altri materiali possono essere incisi con questa tecnica.”
Un altro potenziale vantaggio della scoperta è la capacità di creare modelli su superfici curve, qualcosa che è difficile da fare con la fotolitografia convenzionale. Poiché le particelle sono sospese in acqua, possono aderire alla superficie di qualsiasi forma e spaziarsi uniformemente sulla superficie. I ricercatori stanno appena iniziando a trovare idee intriganti su come utilizzare la semplice tecnica.
Molte scoperte vengono da incidenti, Velegol ha osservato, perché una volta che si sa qualcosa, le persone ci lavorano molto rapidamente finché non hanno riempito tutti i pezzi e c'è meno da scoprire. Gli incidenti sono fuori dagli schemi. “È una di quelle situazioni, come diceva Pasteur, in cui il caso favorisce la mente preparata. Non avremmo mai nemmeno pensato di provare questo tipo di chimica. Ma Neetu aveva lavorato con questi colloidi per diversi anni, ed Erik aveva esperienza con l'AFM, quindi erano ben preparati ad approfittare dell'incidente, ” ha concluso Velegol.
