Onderzoekers bouwen 3d-structuren in silicium met behulp van goud

Wetenschappers hebben een methode ontwikkeld om driedimensionale vormen in silicium te modelleren door louter gebruik te maken van chemische lithografie. De ontwikkeling geeft de mogelijkheid nanostructuren in siliciumhalfgeleiders te maken.

In dit geval bestaan de nanostructuren uit siliciumnanostekels met een skeletachtige bouw. Deze structuren zouden in de toekomst toegepast kunnen worden in rekbare bio-elektronica of huidachtige kleefstoffen. Om deze structuren te verkrijgen, gebruikten de onderzoekers goud als katalysator om via cvd siliciumnanodraadjes te laten groeien.

Tijdens de groei van de draadjes verspreidt het goud zich over het siliciumoppervlak. Door de concentratie van de gouddeeltjes aan te passen, denk in hoeveelheid aan atomen, konden de onderzoekers de verspreidingssnelheid beïnvloeden, waardoor ze konden selecteren welke delen van de nanodraadjes met goud gecoat moesten worden. De goudcoating werkte daarna als lithografisch masker bij het etsen van de draden met kaliumhydroxide.

Het eindresultaat was dat de onderzoekers met hun techniek complexe stekels konden printen met richels, inkepingen en skeletachtige structuren door gebruik te maken van scheikundige technieken. In combinatie met hydrogels die lijken op lichaamsweefsel, bleven deze stekels veel beter zitten dan 'normale' naalden van silicium. Op deze wijze kunnen mogelijk bepaalde implantaten en andere huidachtige kleefstoffen steviger gemaakt worden.

Het onderzoek staat donderdag in het tijdschrift Science.

Update 9.33: Naar aanleiding van post van Stygeon een en ander aangepast en duidelijker gemaakt.

Reacties (22)

[Stygeon]

Het zit een beetje als volgt:
Denk aan een snelkookpan. Ze kunnen atomen vanuit een gasfase laten neerslaan op een vaste stof die in die pan zit, en met ventielen etc. kunnen ze de druk van gassen in die pan beheersen. Atomen slaan het liefst op de meest gunstige plek neer (een helikopter landt het liefst waar het meest plek is, en een knikker rolt het liefst naar de laagste kuil, zelfde verhaal) en omdat ze ondertussen goed weten hoe die dingen werken, kunnen ze dus et e waar een atoom gaat neerslaan. Stel je nou voor dat er in plaats van 1 helikopter opeens 10 helikopters moeten landen - je ziet al voor je dat er dan helikopters zijn die noodgedwongen maar half op een straat gaan staan, of in een achtertuin. Zo is het ook als je de gasdruk van de atomen in gasfase opvoert. Atomen zullen dan niet alleen nog maar op de ideale plaatsen neerslaan, maar ook op matige alternatieve plaatsen. Als ze nu bijvoorbeeld eerst tien keer heel rustig ideaal alten neerslaan, en dan een keer met druk, en dan weer tien keer ideaal, en zo voorts, dan voel je al aankomen dat je een bepaalde structuur met een bepaalde regelmaat kunt opbouwen.

De truc is nu als volgt: ze bouwen een soort naald, door in stapjes silica te laten landen. Dan bouwen ze op die naald een atomair-dun laagje goud, maar ze bieden slechts zo weinig goud aan, dat alleen de allerbeste landingsplaatsen bedekt worden. Omdat ze weten welke krachten dit beheersen, kunnen ze voorspellen waar het goud dus komt te zitten. Daarna vullen ze de opbouw-kamer met een etsende base (KOH, kaliloog) die langzaam silica wegvreet als die silica niet met goud bedekt is. De plekken waar dus geen goud geland is, die slinken dan weer langzaam. Na dat slinken kunnen ze weer verder gaan met opbouwen. Op die manier kunnen ze dus structuren maken die niet alleen additief zijn, maar waar ook uitgum-stappen in het proces mogen zitten.

Wat ze bereikt hebben: ze hebben asymmetrische naalden gemaakt die in een soort gel geprikt werden die sterk lijkt op lichaamsweefsel. De bijzondere naalden bleven veel steviger zitten dan ouderwetse, symmetrische naalden. Klinkt misschien suf, prikken in een gel, maar denk maar eens na hoe veel beter implantaten nu gemaakt kunnen worden, of hoe veel steviger kunstgewrichten kunnen worden. Gekko-voeten die op het plafond kunnen lopen zijn ook zo functioneel dankzij een nano-patroon, en deze techniek maakt mogelijk om nano-patronen te maken.

De auteur van deze post heeft geen belang bij deze publicatie, is gewoon enthousiast.

Oh ja, trouwens: het gaat echt om telbaar weinig atomen goud. De machine is duizenden keer duurder dan het goud, dus dat is echt geen bottleneck. Er zit meer goud in goldstrike

[Reactie gewijzigd door Stygeon op 23 juli 2024 05:28]

[teacup]

Als ik het goed begrijp wordt het goud middels opdampen in de zeer lage druk van bijvoorbeeld een vacuümstolp op het silica eilandje (naald in opbouw) neergeslagen. Als het opdampen is, gebeurt deze opbouw gelijkmatig. Het is niet als met kathodisch aangroeien dat met een kathode en een anode in een koperoplossing het koper in de oplossing een kant op gedreven wordt. Het goud slaat ongericht neer, dus ook de beetje op de stolpwand. Op dat gelijkmatig neerslaan is trouwens wat af te dingen. Als we de naald in wording simplificeren als een cilinder, dan zal er een voorkeur ontstaan om neer te slaan op de bovenrand van de cilinder, waar het cirkelvormige bovenvlak overgaat in de cilinderwand. De reden waarom dit is heeft dacht ik met waarschijnlijkheid te maken. Op deze edge kunnen gouddeeltjes vanuit verschillende oriëntaties naderen. Hierom is de waarschijnlijkheid groter dat de goudlaag op deze edges iets dikker wordt. Deze edge kan dan een ribbel vormen van de naald.

Waar mijn redenatie nu even nat gaat is dat is dat in mijn voorstelling het opbouwen van de silicalaag en het opdampen van goud om en om moet gebeuren om de getraptheid te creëren. Uit je woorden lees ik echter de suggestie dat eerst de silicanaald in zijn geheel wordt opgebouwd en dat daarna het opdampen pas begint. In een dergelijk proces kan ik geen mechanisme bedenken om het regelmatige patroon langs de cilindermantel te doen ontstaan.

Los van de edge logica hierboven zou spelen met de gasdruk een dergelijk effect kunnen bereiken, maar dan toch alleen als de silicabouw en het opdampproces parallel aan elkaar verlopen, waarbij de drukvariatie zorgt voor het verschil in laagdikte. Mis ik ergens iets, of zijn mijn aannames verkeerd.

[letatcest]

Dank voor je fijne post met beeldende uitleg. Erg nuttige toevoeging!

Naar aanleiding van je uitleg ook e.e.a. aangepast in deel over hydrogels.

[cdwave]

Gekko-voeten die op het plafond kunnen lopen...

In Hollywood vergeten ze altijd dat die bordkartonnen plaatjes aan het kantoorplafond in het algemeen niet in staat zullen zijn om een 80 kg wegende actieheld te dragen, laat staan een paar honderd kilo genetisch gemanipuleerde hagedis. Ook het bezetsel van een muur hecht doorgaans niet zo goed dat je er zomaar iets tegenop kunt laten lopen dat zwaarder is dan een rat.

Maar je zou inderdaad wel heel leuke vormen van klitteband moeten kunnen groeien op deze wijze.

[Marctraider]

Dat worden dure toekomstige chips!

Edit: Ok het zal vast wel meevallen
Maar is goud niet relatief schaars?

[Reactie gewijzigd door Marctraider op 23 juli 2024 05:28]

[jeroentje710]

Denk niet dat dit zo'n groot probleem gaat zijn.
Het gaat om Nano structuren deze zijn zo verschrikkelijk klein dat de hoeveelheid goud nihil zou zijn in vergelijking met bijvoorbeeld een ring enz.
Daarnaast wordt goud uit huidige elektronica hergebruikt wat bij deze chips dan ook zal gebeuren en die schaarste niet zo groot zou zijn lijkt me.

[elTigro]

het ligt er ook wel een beetje aan hoeveel karaat het moet zijn.
ik meen dat ringkwaliteit net wel wat anders is dan 'geleidende kwaliteit'.

[Badderbeest]

Er is geen goudkwaliteit op atomair niveau. Goud = Goud. Wat de Juwelier doet is Goud mengen met koper, zilver e.d. Dan daalt het goudgehalte van bijvoorbeeld de ring en wordt hij goedkoper, maar ook andere eigenschappen zijn voor de juwelier belangrijk. Denk aan slijtvastheid (goud ansich is eigenlijk te zacht) en kleur (door toevoeging van andere (half)edelmetalen kan de kleur worden beïnvloed)
-
enfin, wat de juwelier allemaal uitvreet heeft natuurlijk niets met het element goud te maken. Er bestaan geen goudkwaliteiten. Goud = Goud. Als je bij een juwelier "goud" koopt koop je meestal een legering die goud bevat.

[mad_max234]

Maar gaat wel om gigantisch veel chipjes elk jaar, miljarden, iets van 10+ miljard ARM alleen al jaar in jaar uit, zal dus vast wel enkele miljarden kosten bij elkaar. Zit nu ook al goud in veel chips, maar dat zit denk ik meer in de pootjes en bonding en zo.

Original Intel Pentium 60Mhz – 90Mhz 0.48g – $22.22 per CPU
http://www.ozcopper.com/computer-cpu-gold-yields/

10miljard Intel Pentium zouden voor 220 miljard aan goud bevatten.

[jeroentje710]

Klopt maar dat is nou ook juist het punt.
Bij de vroegere chips waren de gouden componenten nog vele malen groter dan dat ze hier zullen zijn. hierdoor zal de hoeveelheid goud die er in zit erg klein zijn de zuiverheid zoals elTigro hier boven vermeld zou idd wel veel hoger kunnen zijn

[tellavist]

Het is een beetje als de naald van je platenspeler die van diamand is.
ZO klein, dat het nauwelijks waarde heeft

[supersnathan94]

Ook daar geldt echter wel weer dat er een verschil in kwaliteit is. Kleine diamantjes zijn vaak niet zo heel duur of kunnen juist weer makkelijk gemaakt worden (dit geeft wel een stabielere kwaliteit voor dergelijke doeleinden). Dus het is allemaal een beetje relatief aan de use case.

Diamant is niet per se diamant net zoals goud ook verschillende gradaties heeft.

[Verwijderd]

Goud is goud, maar bij edelstenen (horen daar diamanten ook bij, neem aan van wel) is de prijs gerelateerd aan het object zelf.
Als ik het goed heb dan..

Een grote(re) diamant/edelsteen vind je niet even zo snel.. en die zijn stervensduur.
Kleine diamantjes, die ze vermoedelijk voor dat soort dingen gebruiken, vinden ze relatief 13 in een dozijn.
Bedoel.. het zal nog vast en zeker aanzienlijk prijzig zijn, maar het zal om een fractie gaan.

Trouwens in de tijd van de platenspeler.. waren synthetische diamaten dan al betaalbaar / uberhaupt mogelijk?

[supersnathan94]

Goud is niet per definite goud. 18Karaats goud is goedkoper dan 24. Vrij logisch ook. Heeft met de concentratie van het goud in de legering te maken.

Kleine ruwe diamanten zijn niet echt heel duur doordat ze niet heel erg zeldzaam zijn inderdaad.

in de tijd van de platenspeler zal dat ws niet echt aan de orde geweest zijn, maar tegenwoordig kan je nog steeds naalden krijgen die met diamanten gemaakt zijn.

[Verwijderd]

Ja.. dat bedoelde ik ook met goud, zoals de eerdere posters zeiden.
AU is AU.. op het moment, dat je over geleiders praat.. zal het wel puur goud zijn, alhoewel een kleine hoeveelheid.
Juwelen/sieraden ben ik sowieso al niet van

Beetje offtopic.. maar ik heb een allergie voor kobalt, wat ook in menig legering gebruikt schijnt te worden.

[Badderbeest]

Je bent er van op de hoogte dat we al heel erg lang kunstdiamanten kunnen maken ? Net zo hard als het natuurproduct, maar niet zo fraai. En het kost geen drol. Wordt in de bouw en steenbewerking massaal gebruikt om mee te slijpen/zagen.
-
Ga er maar van uit dat een diamantje op de naald van de platenspeler ook een kunstdiamantje is.

[Jogai]

Wordt het goud achteraf er juist ook niet uitgehaald?

[EvilItSelf]

Niet zo schaars als Neodymium.

[Reactie gewijzigd door EvilItSelf op 23 juli 2024 05:28]

[save_73]

Neodymium bedoel je neem ik aan.

[EvilItSelf]

Nederlands was m'n goeiigste vak.

[save_73]

Het is dan ook helemaal geen Nederlands woord, dus het is je vergeven.

[Peoplen]

De laatste tijd lees je veel in de comments op tweakers (en andere hardware sites) dat de wet van Moore nu toch steeds dichterbij lijkt te komen, de grootte waarop processors geproduceerd worden wordt steeds langer aangehouden.

Dit lijkt daarin dan toch een mooie ontwikkeling! Net zoals flash geheugen denk ik ook dat 3d processors toch één van de technieken zal zijn om de wet van Moore in stand te houden, al zullen we nog wel kleiner produceren, alleen langzamer.

De structuren bestaan trouwens uit silicium en niet goud. Stygeon geeft een uitgebreid voorbeeld maar misschien weet ik nog een betere, een olieverf schilderij:

Het doek, het verf (silicium) en de olie (katalysator)

Eigenlijk is olie in dit voorbeeld de emulgator, maar een schilderij als voorbeeld geeft wel aan hoe weinig goud er in zo'n chip hoeft te zitten. Een schilderij bestaat ook niet vooral uit olie