Skip to main content

Article Category

Wiadomości

Article available in the folowing languages:

Technika pozwalająca na cięcie dwuwymiarowych materiałów o rozmiarze atomu

Pewien zespół naukowców opracował wysoce precyzyjną technologię pozwalającą na drążenie niewielkich wzorów w cząsteczkach wielkości atomu, która może znaleźć zastosowanie w produkcji nanourządzeń elektronicznych i fotonicznych.

Technologie przemysłowe

Dwuwymiarowe materiały o grubości do kilku nanometrów od paru lat cieszą się sporym zainteresowaniem ze względu na ich wyjątkowe właściwości takie jak struktura warstwowa, duża powierzchnia i zróżnicowane składy chemiczne. Dzięki temu mają one szansę stać się zamiennikami dla różnych konwencjonalnych materiałów wykorzystywanych w tranzystorach polowych, czujnikach elektrochemicznych i fizycznych, a także w urządzeniach noszonych na ciele, półprzewodnikach i optoelektronice. W większości przypadków funkcjonalne nanostruktury nanoszone są za pomocą technik litograficznych, co może stanowić spore wyzwanie, jako że wykorzystanie silnych środków chemicznych czy przyspieszonych naładowanych elektrycznie cząstek, takich jak elektrony i jony, może uszkodzić materiał. Problem ten rozwiązać chce zespół naukowców, który opracował technologię wykorzystującą miniaturowy skalpel do precyzyjnego i bezpośredniego cięcia dwuwymiarowych materiałów. Wspierani przez finansowany z unijnych środków projekt MEMS 4.0 badacze „wykorzystali nową technikę zwaną termiczną litografią z sondą skanującą (ang. thermal scanning probe lithography, t-SPL), która działa na podobnej zasadzie do mikroskopu sił atomowych”, jak wyjaśniono w komunikacie prasowym opublikowanym przez Politechnikę Federalną w Lozannie (Szwajcaria), gospodarza projektu. Naukowcy opisali swoje odkrycia w czasopiśmie „Advanced Materials”. „W artykule zaprezentowano termomechaniczną technikę umożliwiającą bezpośrednie cięcie dwuwymiarowych materiałów z wykorzystaniem podgrzanej nanoigły skaningowej. Pozwala to na wykonywanie nacięć o dowolnym kształcie w rozdzielczości 20 nm w jednowarstwowych dwuwymiarowych materiałach, takich jak ditellurek molibdenu (MoTe2), dwusiarczek molibdenu (MoS2) i diselenek molibdenu (MoSe2), poprzez termomechaniczne rozszczepianie wiązań chemicznych i szybką sublimację warstwy polimeru pod warstwą dwuwymiarowego materiału”.

Różne zastosowania

Cytowana w tym samym komunikacie prasowym dr Ana Conde Rubio, współautorka badania, mówi: „Wykorzystując ciepło, modyfikujemy substrat i sprawiamy, że staje się on bardziej elastyczny. W niektórych przypadkach zmieniamy go nawet w gaz. Pozwala nam to na łatwe cięcie dwuwymiarowego materiału”. Współautor badania, dr Samuel Tobias Howell, dodaje: „Za pomocą systemu komputerowego kontrolujemy ultraszybki proces podgrzewania i chłodzenia oraz pozycję igły. Dzięki temu możemy wykonywać wcześniej określone żłobienia, aby stworzyć na przykład nanotaśmy, które są wykorzystywane w urządzeniach nanoelektronicznych”. Technologia mogłaby znaleźć zastosowanie w nanoelektronice, nanofotonice i nanobiotechnologii, „ponieważ pozwala na zmniejszenie rozmiaru elementów elektronicznych i zwiększenie ich wydajności”, tłumaczy dr Xia Liu, kolejna współautorka badania. W następnym etapie „badania skupiać się będą na poszukiwaniu innych materiałów i połączeń, które sprawdzą się w zintegrowanych nanosystemach. Naukowcy planują także dopracować konstrukcję ramienia i nanoigły, co jeszcze bardziej poprawi wydajność procesu”, czytamy w komunikacie prasowym. Prof. Jürgen Brugger wyjaśnia: „Systemy mikromechaniczne (MEMS) oparte na polimerze oferują całą gamę potencjalnych zastosowań elektronicznych i biomedycznych. Jednak przed nami jeszcze długa droga, zanim stworzymy technologię pozwalającą na projektowanie trójwymiarowych mikrosystemów wykorzystujących funkcjonalne polimery”. Prof. Brugger „ma nadzieję pójść o krok dalej i opracować nowe materiały oraz procesy do wykorzystania w systemach MEMS. Naukowiec chce się skupić przede wszystkim na wzorach, procesie drukowania, kontrolowanej samoorganizacji nanomateriałów i precyzyjnej obróbce termicznej”. Projekt MEMS 4.0 (Additive Micro-Manufacturing for Plastic Micro-electro-Mechanical-Systems), który sfinansował badanie, zakończy się we wrześniu 2022 roku. „Projekt MEMS 4.0 stworzony w myśl koncepcji Przemysł 4.0 ma na celu przeprowadzenie wspólnych badań w dziedzinie obróbki przemysłowej w mikro- i nanoskali, obejmując także najważniejsze techniki z nimi związane”, czytamy w karcie informacji o projekcie. Więcej informacji: projekt MEMS 4.0

Słowa kluczowe

MEMS 4.0, nanoelektroniczny, materiał dwuwymiarowy, obróbka przyrostowa, mikroelektromechaniczny