Ученые разработали новый метод создания наноразмерных узоров на твердых материалах при комнатной температуре
Ученые разработали новую технику, которая позволяет создавать наноразмерные узоры на материалах для чипов при комнатной температуре. Этот метод использует кристаллическую структуру материала для формирования рисунков непосредственно на твердых материалах, используемых в устройствах, включая диоксид кремния. Разработка может упростить процесс нанесения рисунка на чипы, работающие как с электронными, так и с оптическими сигналами, что поможет в создании фотонных и оптоэлектронных устройств нового поколения.
Как пояснила Хе Йон Ли, доцент кафедры материаловедения и наноинженерии Университета Райса и соответствующий автор , под воздействием электронного пучка атомные связи в диоксиде кремния могут перестраиваться, позволяя материалу медленно деформироваться даже при комнатной температуре. Проблема заключалась в том, что диоксид кремния не деформируется под пучком сам по себе — ему также необходим источник напряжения. Идея исследователей состояла в том, чтобы использовать альфа-триоксид молибдена в качестве такого источника. Воздействуя на материал электронным пучком, ученые вызвали направленное напряжение, которое привело к формированию организованного узора из рядов равномерно расположенных складок, выровненных по внутренней структуре кристалла.
Исследователи отметили, что твердые материалы, как правило, растрескиваются или образуют случайные дефекты в ответ на механическое воздействие при нанесении рисунка. Поэтому методы создания узоров на основе складок, хотя и позволяют получать наноразмерные структуры без сложного производства, характерного для стандартного изготовления чипов, ранее считались применимыми только к мягким, эластичным подложкам. В своей работе команда перевела атомную анизотропию в складки размером в сотни нанометров. Эти складки значительно тоньше человеческого волоса и могут изгибать и расщеплять свет, подобно канавкам на компакт-диске, которые создают радужные цвета. Это делает их полезными в качестве оптических решеток — структур, направляющих свет на чипе.
Кроме того, исследователи продемонстрировали новый способ применения методов формирования складок на жестких изолирующих материалах. Созданные узоры можно настраивать, изменяя толщину анизотропного слоя или интенсивность электронного пучка. Этот метод особенно ценен, поскольку традиционные способы создания наноразмерных складок часто требуют множества этапов производства, высоких затрат и химической обработки, которая может оставлять остатки на поверхности чипа. В новом методе складки создаются за один простой шаг при комнатной температуре. После того как рисунок сформирован, слой альфа-триоксида молибдена можно просто отслоить от диоксида кремния.
Ученые также обнаружили, что аналогичные эффекты наблюдаются и на других распространенных изоляционных материалах, включая оксид алюминия и нитрид кремния, что позволяет предположить, что метод может широко применяться к материалам, уже используемым в производстве полупроводников. Возможность создания оптических структур непосредственно на стандартных материалах для чипов может предложить более простой путь интеграции световых технологий в устройства будущего. В ходе эксперимента команда поместила слой анизотропного кристалла поверх диоксида кремния и облучила их электронным пучком, в результате чего альфа-триоксид молибдена деформировался под действием напряжения, одновременно размягчая находящийся под ним диоксид кремния.