La crescente miniaturizzazione dei componenti elettrici nell'industria richiede una nuova tecnica di imaging su scala nanometrica. Il ricercatore di Delft Gerard Verbiest e ASML hanno sviluppato un primo metodo di prova del concetto che ora intendono sviluppare ulteriormente. Il metodo utilizza lo stesso principio dell'ecografia in gravidanza, ma su molto, scala molto più piccola.

Ultrasuoni

"Tecniche di imaging non distruttive esistenti per la nanoelettronica, come la microscopia ottica ed elettronica, non sono sufficientemente precisi o applicabili a strutture più profonde, " spiega Gerard Verbiest della facoltà 3mE di Delft. "Una tecnica 3D ben nota su macroscala è l'ultrasuono. Il vantaggio qui è che funziona per ogni campione. Ciò rende gli ultrasuoni un modo eccellente per mappare la struttura 3D di un campione non trasparente in modo non distruttivo." Eppure, la tecnologia ad ultrasuoni su scala nanometrica non esisteva ancora. Infatti, la risoluzione dell'ecografia è fortemente determinata dalla lunghezza d'onda del suono utilizzato, e questo è in genere di circa un millimetro.

AFM

"Per migliorare questo, gli ultrasuoni sono già stati integrati in un microscopio a forza atomica (AFM), " Continua Verbiest. "L'AFM è una tecnica che consente di scansionare e mappare superfici in modo estremamente accurato con un minuscolo ago. Il vantaggio qui è che non è la lunghezza d'onda ma la dimensione della punta dell'AFM che determina la risoluzione. Sfortunatamente, alle frequenze finora utilizzate (1-10 MHz), la risposta dell'AFM è piccola e poco chiara. vediamo qualcosa, ma non è esattamente chiaro cosa stiamo vedendo. Quindi la frequenza del suono utilizzato doveva essere ulteriormente aumentata, alla gamma GHz, ed è quello che abbiamo fatto".

Aumentare la frequenza è qualcosa che è diventato possibile solo di recente, Verbiest spiega. "Stiamo ottenendo questo attraverso la fotoacustica. L'utilizzo dell'effetto fotoacustico consente di generare impulsi sonori estremamente brevi. Siamo riusciti a integrare questa tecnica in un AFM. Con la punta dell'AFM, possiamo focalizzare il segnale. Il nostro allestimento è pronto, e abbiamo fatto i primi test".

Biologia cellulare

Come accennato, il nuovo metodo è particolarmente interessante per la nanoelettronica. "Se in futuro vuoi realizzare fiches ancora più piccole con modelli ancora più piccoli, allora questo è il passo che devi fare, " dice Verbiest. "Per esempio, per rendere possibile posizionare due strati uno sopra l'altro con precisione nanometrica."

"Ma ci sono certamente anche potenziali applicazioni al di fuori dell'elettronica. Potresti usarlo nella biologia cellulare per creare un'immagine 3D dettagliata di una singola cellula vivente, per esempio del modo in cui i mitocondri sono piegati in una cellula. E nella scienza dei materiali, potresti usarlo per la ricerca sul trasporto di calore in un materiale straordinario come il grafene."

Progressi rapidi

Verbiest ha compiuto rapidi progressi. "Un ricercatore post-doc lavora a questo progetto dall'aprile dello scorso anno e un dottorando da ottobre. Quindi in circa otto mesi siamo riusciti a fare le prime misurazioni con il nostro set-up e continueremo a sviluppare questo nel prossimo periodo. Alla fine, ASML, che possiede anche la proprietà intellettuale, si occuperà della ricerca e, si spera, accelererà l'applicazione industriale del nuovo metodo. Ma quello, Certo, dipende dai risultati che otteniamo».