Twentse vinding maakt aanbrengen 3d-nanostructuren op chip makkelijker

Wetenschappers van de Universiteit Twente hebben een methode ontwikkeld om met een masker in een enkele stap 3d-nanostructuren op een wafer aan te brengen. De techniek maakt het combineren van functionaliteiten op gebied van elektronica, optica en magnetisme op een chip mogelijk.

De methode van de wetenschappers maakt het etsen van 3d-nanostructuren via technieken die compatibel zijn met cmos-halfgeleiderprocedé's mogelijk. Dat opent volgens de Universiteit Twente 'de weg naar massaproductie van chips waarin verschillende functionaliteiten dicht bij elkaar liggen'. Hoogleraar Willem Vos van de vakgroep Complex Photonic Systems van het MESA+ Instituut noemt als voorbeelden elektronica, optica, magneten en microfluïdica.

Het etsen van nanostructuren is momenteel beperkt door het gebruik van vlakke maskers. Het aanbrengen van 3d-structuren gebeurt dan door lagen te stapelen, maar het zorgen voor een strakke uitlijning beperkt deze methode. Dit zou bij de techniek van de Twentenaren geen probleem zijn.

Ze maken gebruik van een maskerlaag op twee vlakken van een siliciumwafer, die schuin naast elkaar staan. Dit kan bijvoorbeeld de rand van een wafer zijn. Op de oppervlakken worden met een 2d-masker vervolgens patronen geprojecteerd, waarbij de bovenkant van een patroon a en de onderkant van een patroon b wordt voorzien.

Door in een enkele stap de twee verschillende tweedimensionale patronen via het masker op de oppervlakken te projecteren, is de uitlijning tussen de patronen gegarandeerd, claimen de onderzoekers. Het etsen van gaten in twee schuine richtingen zorgt voor 3d-structuren in het silicium waar de poriën elkaar overlappen. Door de patronen in de beide oppervlakken te laten verschillen, kunnen meerdere soorten structuren aangebracht worden.

De wetenschappers hebben als proof-of-concept een masker gemaakt waarmee driedimensionale fotonische kristallen met zeshoekige structuur ontwikkeld zijn. Het verschil in uitlijning tussen de patronen die hiervoor gebruikt zijn bedroeg minder dan 3nm. Dit soort kristallen kunnen gebruikt worden om licht gecontroleerd te sturen en op termijn een rol spelen bij snelle optische communicatie op nanoschaal.

Het onderzoek is uitgevoerd door de vakgroep Complex Photonic Systems en Transducer Science and Technology van het MESA+ Instituut. Het is donderdag onder de noemer Method to make a single-step etch mask for 3D monolithic nanostructures verschenen bij het tijdschrift Nanotechnology van het Institute of Physics.

Reacties (5)

[CaptJackSparrow]

Dit zou best wel eens baanbrekend kunnen zijn. De mogelijkheden nemen bij combineren van technologieën in principe exponentieel toe. Als daar dan massaproductie van mogelijk wordt sta je wellicht aan het begin van een nieuwe technologische (r)evolutie.

[Ayporos]

Mwah ik zet er zo mijn vraagtekens bij... namelijk:

een chip heeft maar een beperkt aantal 'hoeken' (het is immers een rechthoek).. dat limiteert de complexiteit significant tenzij je meerdere kleine kubussen/rechthoeken wilt gaan stapelen of gebruiken als lego bricks.

Gezien het bovenstaande zet ik mijn vraagtekens bij de haalbaarheid van een productieproces om deze dingen te produceren; is het mogelijk om in een lijnprocedé op significante snelheid deze techniek toe te passen?

[Aial0n]

Ik heb als student aan een klein onderdeel van dit project gewerkt. Op labschaal kan je bovenstaande al in een krappe middag produceren, en dan doe je dus alles met de hand. De snelheid lijkt me geen enkel probleem. Aangezien de etchrates wel redelijk vaststaan, wordt het ook nog eens sneller als het kleiner wordt.

Dit procedé kan wellicht op veel gebieden worden gebruikt, maar het idee bij ontwikkeling was volgens mij voornamelijk photonic crystals (kijk ook naar de naam van de vakgroep). Het leuke aan die dingen is dat ze een bepaald gebied aan golflengtes "verbieden" te bestaan, erg handig in lichtgestuurde electronica en quantumcomputing. Voor deze toepassing is de huidige vorm van de wafer juist weer ideaal.

[Jerrythafast]

Ik vraag me af of je deze techniek kunt uitbreiden tot een soort omgekeerde tomografie. Dat is de techniek waarmee o.a. MRI- en CT-scanners werken om een 3D-image te maken van een fysiek object. Daarbij worden rondom images (bijvoorbeeld Röntgenfoto's in het geval van CT-scanners) gemaakt waar vervolgens een 3D-beeld uit kan worden berekend.

Wellicht zou dit kunnen werken... Je neemt speciaal geprepareerd lichtgevoelig materiaal (dit is waarschijnlijk het moeilijke gedeelte ) met rondom bijvoorbeeld 100 van dit soort maskers die elk een hoek van 3,6° met hun buren maken. Flits vervolgens door al deze maskers een hoeveelheid licht... Zo zou je dan een 3D-ets gemaakt moeten hebben.

Misschien moet ik maar 's een subsidiepotje gaan aanvragen

[Aial0n]

Bovenstaande is gebaseerd op de anisotropie in etchtrates van kristallijn silicon. Anders gezegd, je hebt maar een paar hoeken waaronder dit werkt.