I ricercatori dell'ARCNL hanno trovato un modo per rilevare le nanostrutture sepolte sotto molti strati di materiale opaco utilizzando onde sonore ad alta frequenza indotte dalla luce. Le loro scoperte potrebbero avere applicazioni nell'industria manifatturiera dei semiconduttori, come l'allineamento dei wafer. I ricercatori hanno anche rivelato nuovi interessanti fenomeni nella fotoacustica che non erano stati studiati prima. I loro risultati sono pubblicati in Revisione fisica applicata . Il primo autore Stephen Edward ha difeso con successo il suo dottorato di ricerca. su questo tema il 18 giugno presso l'Università di Amsterdam.

Nella produzione di chip e componenti per computer all'avanguardia, le macchine per la nanolitografia stampano diversi strati di strutture di dimensioni nanometriche su un wafer. Per assicurarti che i livelli siano allineati con precisione, i wafer contengono linee di reticolo che fungono da marcatori che indicano alle macchine dove stampare. "Mentre i marcatori di allineamento sono indispensabili nella nanolitografia, vengono sepolti sotto molti strati di materiale. Poiché questi strati sono spesso opachi, è difficile usare la luce per trovare i marker e allineare la macchina, "dice Stefano Edoardo, che ha svolto il suo dottorato di ricerca. ricerca nel Light-Matter Interaction Group dell'ARCNL.

Molti materiali opachi alla luce trasmettono onde sonore, che può essere usato per visualizzare cosa c'è sotto. Il leader del gruppo Paul Planken afferma:"La maggior parte delle persone ha familiarità con questo in una situazione medica. Gli ecoscopi utilizzano onde sonore ad alta frequenza che si riflettono all'interno del corpo all'interfaccia di diversi tessuti. Le onde sonore riflesse vengono convertite in un segnale elettrico per creare un'immagine. Mentre questo metodo contiene dettagli sufficienti per la maggior parte delle applicazioni mediche, non è di gran lunga sufficientemente dettagliato per un allineamento accurato in nanolitografia. La dimensione delle caratteristiche che possono essere individuate con metodi ecoscopici è inversamente proporzionale alla frequenza. Quindi, per poter vedere strutture su nanoscala con il suono, abbiamo bisogno di onde sonore con una frequenza molto più alta."

Plank, Edward e co-autori sapevano che brevi impulsi di luce da un laser possono indurre onde sonore ad alta frequenza in un materiale opaco. "È un po' come bussare a una porta, che fa viaggiare le onde sonore dall'altra parte della porta, " dice Edward. "Nel nostro esperimento, un "colpo" del laser ad alta energia avvia un'onda sonora nel materiale opaco."

Come nelle applicazioni mediche, le onde sonore che viaggiano attraverso il materiale vengono riflesse dalle interfacce all'interno del materiale, provocando un'onda che torna in superficie. Quando hanno iniziato, i ricercatori non erano sicuri che questo segnale contenesse sufficienti informazioni utili. Planken dice, "Ero un po' scettico all'inizio, perché le onde sonore devono attraversare tanti strati di materiale dielettrico prima di raggiungere il reticolo sepolto all'interno. Se riflettono tutte queste interfacce, saremmo finiti con un completo caos di onde sonore. Ma si è scoperto che la pila di strati dielettrici sottili agisce come uno strato spesso perché i singoli strati sono più sottili della lunghezza d'onda dell'onda sonora. Quindi le onde sonore viaggiano dritte verso le linee del reticolo sepolto che vogliamo vedere".

Il suono si riflette sulla grata. Poiché il reticolo non è una superficie piana ma presenta valli e picchi periodici, il suono delle valli raggiunge la superficie leggermente più tardi del suono delle cime. "L'onda sonora provoca uno spostamento molto piccolo degli atomi quando raggiunge la superficie, facendo apparire in superficie una copia della grata, " spiega Edward. "Quando scansioniamo la superficie con un secondo impulso laser, possiamo misurare il segnale di diffrazione causato da questi piccoli spostamenti."

Ora che hanno dimostrato che è possibile rilevare nanostrutture sepolte sotto materiale opaco, i ricercatori studieranno ulteriormente il loro metodo. Planken dice, "I nostri risultati non solo rivelano caratteristiche interessanti nella fotoacustica che non sono state studiate prima, ma offrono anche una soluzione promettente per problemi pratici in nanolitografia. Per applicazioni industriali, dovremmo ottimizzare il sistema per ottenere segnali più forti, più veloce e robusto. Ma vogliamo anche aumentare la nostra comprensione di tutti gli effetti che vediamo nel segnale, e trova i limiti del nostro metodo, per esempio cercando di discernere una grata con linee molto vicine tra loro."