Elingenjören Stefanos Andreou byggde en sensor med en extraordinär noggrannhet som är mindre än atomens storlek.

För att göra snabbare datorer, du behöver mindre chips. Den cypernfödda doktoranden Stefanos Andreou byggde en sensor med vilken deformationer som mäter mindre än atomens bredd kan mätas. Chipmaskinbyggare ASML kan kanske använda denna teknik för att förbättra precisionen hos sina maskiner.

Med ASMLs senaste maskiner, datorchips kan produceras vars detaljer inte mäter mer än en handfull nanometer. Ingen elak prestation när man tänker på att en miljon nanometer passar in i en enda millimeter. De elektriska kretsarna på ett chip som detta produceras med litografi:ett mönster etsas på en skiva kisel med hjälp av ultraviolett ljus. Eftersom chipsproduktion kräver stapling av flera mönster ovanpå varandra, placeringen av kiselskivan (mer känd som en skiva) är en fråga om stor precision.

Även den minsta deformation av skivorna orsakar problem, förklarar doktorand Stefanos Andreou. "Dessa skivor är faktiskt ganska styva, men eftersom de rör sig i så stor hastighet, de utsätts för g-krafter som deformerar dem något. Att mäta denna deformation ger ASML möjlighet att kompensera för det på ett eller annat sätt, och öppnar möjligheten att producera ännu mindre chips. "Detta fick cypriotiska att ägna sitt doktorandarbete åt att designa en speciell sensor, baserad på en glasfiber, kan mäta dessa deformationer på ungefär en nanometer per meter.

Extraordinär noggrannhet

Tanken bakom denna supersnabba sensor är att avvikelser i laserljusets frekvens kan mätas med extraordinär noggrannhet - en princip som tillämpas i det som kallas Fiber Bragg -galler - en glasfiber av olika slag som behandlas på ett sådant sätt att den blir ogenomskinlig för en mycket specifik färg (läs:frekvens) av ljus. Denna resonansfrekvens som den kallas beror på i vilken utsträckning fibern sträcks.

Följaktligen, ett Fiber Bragg -galler (FBG), appliceras på de rörliga delarna i chipmaskinen, kan användas som ett mått på skivans deformation, förklarar Andreou. Assisterad av masterstudent Roel van der Zon, själv nu en doktorsexamen kandidat i Valencia, Andreou testade ett mätsystem baserat på denna typ av FBG -sensor i labbet. "I praktiken skulle ASML behöva dussintals av dessa sensorer, men det är inga problem:de kan tillverkas billigt och väger nästan ingenting. "

Doktoranden är angelägen om att påpeka att den precision de uppnådde på 5 nanometer per meter innebär att i själva sensorn - bara några centimeter i längd - kan deformeras ett par dussin pikometrar. "Det är mindre än diametern på en atom!" Innan denna osannolika noggrannhet kunde uppnås, dock, ett antal problem måste lösas.

Temperatur

För det första, sofistikerade stabiliseringstekniker behövdes för att säkerställa att laserljuset som används - genererat av ett fotoniskt chip producerat av Smart Photonics, en avknoppning av forskningsgruppen Photonic Integration där Andreou bedrev sin forskning-hade exakt rätt frekvens. Men den kanske största utmaningen var det faktum att sensorns resonansfrekvens inte bara är beroende av deformationen, men även temperaturen. "Den effekten är faktiskt mycket större, "förklarar Andreou." När temperaturen ändras med en tusendels grad Celsius, det orsakar en avvikelse i mätningen som motsvarar tio nanometer deformation per meter. "

För att kompensera för de oundvikliga temperaturfluktuationerna, Andreou delade laserljuset som användes för mätningen i två komponenter:"För var och en av dessa komponenter, eller polariseringstillstånd, fibern visar ett annat förhållande mellan temperatur och resonansfrekvens. "Detta avbryter temperaturen, gör det möjligt att bestämma deformationen mycket exakt. Ungefär tio gånger mer exakt än vad som tidigare var möjligt, enligt doktoranden. "Och när systemet är fullt optimerat, det borde vara möjligt att förbättra det. "

Men cypern själv är inte längre fokuserad på denna utmaning; han arbetar nu som postdoc vid TU Delft. "ASML levererade en del av utrustningen som används i mitt projekt och nu pågår ett uppföljningsprojekt med ASML. Så mitt arbete byggs vidare."