ساخت یک نانو برف‌پاش برای حفر کانال
این یافته، کشف مهمی برای ساخت ادوات نیمه‌هادی است که به محققان برای ساخت ابزارهای مفیدتر کمک می‌کند.در دنیای نانو، ذرات کوچک طلا می‌توانند مشابه دستگاه‌های برف‌پاش عمل کنند و لایه‌های سطحی یک طبقه مهم از نیمه‌هادی‌ها را در مسیرهای مستقیم و بدون خطا حفر کنند. توانایی حفر و کانال‌سازی خارق‌العاده یک افزایش و کشف مهم برای روش‌های خودآرایی است که به محققان برای ساخت ابزارهای مفیدتر کمک می‌کند. این تحقیقات توسط دانشمندان موسسه ملی استانداردها و فناوری (NIST) و شرکت IBM انجام شده است.
کاربردهای قابل پیش‌بینی برای این نوآوری شامل لیزرهای ترکیبی، حسگرها، موج‌برها و دیگر بخش‌های نوری استفاده شده در ابزارهای آزمایشگاه روی تراشه است. در حال حاضر از این تراشه‌ها برای تشخیص بیماری‌ها، غربال مواد شیمیایی و داروها و غیره استفاده می‌شود.
سادگی کنترل این فرآیندهای کاتالیز شده با طلا برای ایجاد الگوها و کانال‌ها با ابعاد نانومقیاس می‌تواند به گسترش فناوری‌های جدید ساخته شده از مجموعه‌هایی با ساختارهای بسیار کوچک کمک کند.
این محققان در ابتدا با استفاده از نانوذرات طلا به دنبال ساخت نانوسیم‌های نیمه‌هادی بودند. اما آزمایش‌های ابتدایی برای تشکیل نانوسیم‌ها منجر به شکست شد زیرا یک آلاینده در سیستم وجود داشت که از تشکیل نانوسیم‌ها جلوگیری می‌کرد، هنگامی که تصاویر میکروسکوپ الکترونی کانال‌های مستقیم درازی را آشکار ساخت، این مشکل به یک فرصت تبدیل شد.
بابک نیکوبخت، شیمیدان موسسه NIST می‌گوید: «ما در ابتدا ناامید شده بودیم اما کشف کردیم که آب در این فرآیند یک آلاینده است، مشکلی که به یک فرصت بزرگ تبدیل شد.»
در ابتدا دانشمندان انتظار داشتند تا نانوذرات طلا به عنوان سازنده‌های سیم عمل کنند اما همان‌طور که آزمایش‌های بعدی مشخص ساخت، افزایش بخار آب سبب تبدیل شدن نانوذرات طلا به حفرکننده‌های کانال می‌شود. مطالعات روی نیمه‌هادی ایندیم فسفید آغاز شد. در ابتدا تیم تحقیقاتی مکانیسم‌های شیمیایی و شرایط ضروری برای زیربنای فرآیندهای حکاکی سطح را تغییر دادند.
در ابتدا آنها سطح نیمه‌هادی را توسط پوشش انتخابی آن با یک لایه طلا نانومتری الگوگذاری می‌کنند. با حرارت دادن، فیلم طلا به ذرات کوچک و در نهایت به قطرات بسیار ریز تبدیل می‌شود. در ادامه زیربنای ایندیم فسفید درون این نانوذرات طلا حل شده و یک آلیاژ طلا ایجاد می‌شود. سپس بخار آب حرارت دیده به سیستم تزریق می‌شود. در دماهای کمتر از 300 درجه سانتیگراد، ذرات آلیاژ طلا با مولکول‌های آب ادغام می‌شوند و روی سطح ایندیم فسفید چاله‌های نانومقیاس حفر می‌کنند. اما در دمای 440 درجه سانتیگراد و بالاتر، نانوکانال‌های V شکل بلند تشکیل می‌شوند. مسیر مستقیم این کانال‌ها از طریق تکرار منظم شبکه اتم‌ها در نیمه‌هادی بلوری هدایت می‌شود. در طول این فرآیند، اتم‌های ایندیم و فسفر با اتم‌های اکسیژن مولکول‌های آب موجود در سطح ریزقطرات آلیاژ طلا واکنش می‌دهند. ایندیم و فسفر اکسید شده بخار می‌شوند و قطره گسترش می‌یابد. همچنان‌که قطره بزرگتر می‌شود اتم‌های بیشتری از نیمه‌هادی را اکسید می‌کند. نتیجه یک سری شیارهای بلوری است. ابعاد این شیارها متناسب با اندازه قطرات است که قابل کنترل هستند.
نیکوبخت می‌گوید: «در حقیقت، ریزقطرات معادل شیمیایی مته یک برف‌پاش است که به جای برف، از بخش‌های بالایی نیمه‌هادی تراش می‌دهد و ذرات را به صورت بخار به بیرون پرتاب می‌کند.»
به گزارش ایسنا، این پدیده همچنین برای گالیوم فسفید و ایندیم آرسنید نیز مشاهده شد. این طبقه از نیمه‌هادی‌ها برای ساخت LEDها و ابزارهای الکترونیکی سرعت بالا و دیگر کاربردها استفاده می‌شوند. این محققان اعتقاد دارند که با انجام تنظیمات، امکان حفر کانال‌ها روی سیلیکون و دیگر فلزات نیز وجود دارد.
No tags for this post.
