Un preciso, un metodo privo di sostanze chimiche per incidere le caratteristiche su scala nanometrica su wafer di silicio è stato sviluppato da un team della Penn State e della Southwest Jiaotong University e della Tsinghua University in Cina.

Nella litografia standard, una pellicola fotosensibile viene depositata su un wafer di silicio e viene utilizzato un modello chiamato maschera per esporre determinate porzioni della pellicola. Quindi, sostanze chimiche, come una soluzione di idrossido di potassio, incidono modelli nel silicio. Sono necessari ulteriori passaggi per levigare la superficie irruvidita.

I ricercatori della Penn State e della Southwest Jiaotong University hanno sviluppato un approccio completamente diverso, senza sostanze chimiche e maschere, processo in un'unica fase. Hanno strofinato leggermente una punta di silice arrotondata di uno strumento chiamato microscopio a scansione di sonda su un substrato di silicio, la base di materiale tipicamente utilizzata per realizzare dispositivi elettronici. Quando esposto al vapore acqueo nell'aria, lo strato superiore di silicio forma legami con la punta della sonda di scansione, e un singolo strato di atomi scivola via mentre la sonda si muove attraverso il silicio. Poiché gli atomi sottostanti non prendono parte alla reazione chimica, sono completamente integri.

"È davvero un'idea unica, " ha detto Seong Kim, professore di ingegneria chimica, Penn State. "È una cosiddetta reazione tribochimica. A differenza delle reazioni chimiche causate dal calore, campi luminosi o elettrici, che sono tutti ampiamente studiati, le reazioni chimiche stimolate meccanicamente sono meno comprese".

Il meccanismo di rimozione inizia quando il silicio viene esposto all'aria e lo strato atomico superiore degli atomi di silicio reagisce con le molecole d'acqua per formare legami silicio-ossigeno-idrogeno. Quindi la superficie di ossido di silicio della punta forma un legame silicio-ossido-silicio con la superficie del substrato sotto la forza di taglio della punta mobile. Ciò facilita la rimozione dell'atomo di silicio dalla superficie più alta del substrato.

Le persone nella nanofabbricazione che stanno cercando di ridurre le dimensioni delle caratteristiche del dispositivo fino a dimensioni su scala atomica potrebbero trovare utile questa tecnica, Kim crede.

"L'incisione dello strato atomico può fornire la risoluzione di profondità che le persone vorrebbero ottenere senza l'uso di strati sacrificali e prodotti chimici aggressivi, " Egli ha detto.

Questo tipo di metodo di modellazione è troppo lento per la microfabbricazione ora, Kim ha riconosciuto. Però, i ricercatori potrebbero usarlo per creare una piattaforma per testare dispositivi elettronici e microelettromeccanici con caratteristiche su scala Angstrom o a singolo atomo, molto più piccolo dei dispositivi attuali. Almeno una società, IBM, ha sperimentato più array di sonde che potrebbero portare a modelli su larga scala dei dispositivi.

"Il nostro processo potrebbe essere combinato con il loro processo di scalabilità, " Kim ha detto. "Questa è la parte di scienza iniziale. Una volta che vediamo la scienza, si possono esplorare molte possibilità. Ad esempio, pensiamo che questa tecnica funzionerà con altri materiali oltre al silicio".

I ricercatori descrivono la loro tecnica in Comunicazioni sulla natura in un articolo intitolato "Nanoproduzione di superficie di silicio con una precisione a strato atomico singolo tramite reazioni meccanochimiche".