(PhysOrg.com) -- Ett nyckelsteg i många nanotillverkningsprocesser är att skapa tunna filmer, ibland bara en molekyl tjock, med en metod som kallas atomlagerdeposition. Forskare vid Cornell och Tel Aviv University har utvecklat ett nytt verktyg för nanotillverkare för att testa de fysikaliska egenskaperna hos sådana filmer.

Ultratunna filmer blir allt viktigare vid konstruktion av mikrokretsar. Deras fysiska egenskaper bestämmer ofta deras elektroniska beteende såväl som deras motståndskraft mot slitage.

Forskarna har visat att små resonanta konsoler - kiselstavar förankrade i ena änden, som en liten hoppbräda -- kan bestämma densiteten för en film och dess Youngs modul, ett mått på motståndet mot böjning. Metoden erbjuder flera fördelar jämfört med andra metoder för att mäta dessa egenskaper hos tunna filmer, forskarna sa, och kan användas av alla forskare med tillgång till nanotillverkningskapacitet jämförbar med dem vid Cornell Nanoscale Facility.

Arbetet rapporterades i numret den 15 augusti av Journal of Applied Physics av Cornells forskningsassistent Rob Ilic, Slava Krylov, universitetslektor vid Tel Aviv University och tidigare gästprofessor vid Cornell, och Harold Craighead, C.W. Lake Jr. professor i teknik vid Cornell.

Cornell-forskare har tidigare använt små vibrerande konsoler bara några nanometer (miljarddelar av en meter) tjocka för att upptäcka massan av objekt så små som ett virus. Precis som en tjock gitarrsträng vibrerar med en lägre ton än en tunnare, lägga till massa till en vibrerande stav ändrar dess vibrationsfrekvens. Att belägga stången med en tunn film ger en detekterbar massa, och från filmens massa och tjocklek, densitet kan bestämmas.

Filmen ändrar också konsolens motstånd mot böjning. För att skilja ut denna egenskap, forskarna jämförde vibrationer i planet (sida till sida) och utanför planet (upp och ner). Motståndet mot böjning i olika riktningar är märkbart olika när den vibrerande stången är bred och tunn. När stavens tvärsnitt är kvadratiskt, det är ingen skillnad mellan upp och ner och sida till sida rörelse.

För att testa deras idé, forskarna tillverkade en mängd olika konsoler på sex till 10 mikron (miljondels meter) långa, 45 nanometer tjock och med bredder varierande från 45 nanometer till 1 mikron. I olika experiment, de applicerade filmer av aluminium, aluminiumnitrid och hafnium från 21,2 till 21,5 nanometer tjockt till ytan av utkragarna.

En laserstråle fokuserad på basen av en konsol levererar energi för att få den att vibrera, och en annan laser riktad mot slutet mäter vibrationen. Som en stämgaffel, varje stav har en resonansfrekvens vid vilken den vibrerar, och det beror på enhetens dimensioner och fysiska egenskaper. Genom att jämföra resonansfrekvensen och några av dess övertoner före och efter att en film applicerades kunde forskarna beräkna densiteten och Youngs modul för filmen.

Under många experiment, beräkningarna stämde väl överens med teoretiska förutsägelser och egenskaper hos filmer mätta med andra metoder. Vissa aspekter av metoden för tillverkning av nanoantilevers kan påverka resultaten, forskarna fann, men de sa att noggrannheten kunde förbättras.

Arbetet stöddes av Defence Advanced Projects Research Administration, National Science Foundation och delstaten New York.