(PhysOrg.com) -- Föreställ dig själv i nanostorlek, står på kanten av ett snart datorchip. Ned skjuter en stråle av elektroner, carving exakt topografi som sedan etsas djupet av Grand Canyon in i chipet. Ur perspektivet av forskare vid det amerikanska energidepartementets Argonne National Laboratory, denna förbättrade form av etsning kan öppna dörren till ny teknik.

Argonne nanoforskaren Seth Darling och kollegor vid Argonnes Center for Nanoscale Materials and Energy Systems Division säger att det har potentialen att revolutionera hur mönster överförs till olika material, bana ett nytt tillvägagångssätt för nästa generations energi, elektronik och minnesteknik.

Innovationen kombinerar nya knep med en gammal teknik.

En av de senaste frågorna som materialvetenskapen ställs inför har varit utvecklingen av bättre tekniker för högupplösta litografier som elektronstråle, eller e-beam, litografi. E-beam litografi används för att tillverka de minsta strukturer, inklusive mikroelektronik och avancerade sensorer; elektronstrålar är en del av en process som "skriver ut" önskade mönster i ämnet.

Att överföra mönster djupare in i material skulle göra det möjligt för forskare att skapa bättre elektronik.

För att skapa ett mönster med e-beam litografi, forskare har konventionellt spårat ett mönster i ett lager som kallas "motstånd, ” som sedan etsas in i det underliggande substratet.

Eftersom resisten är tunn och ömtålig, en mellanliggande "hård mask" läggs vanligtvis mellan resisten och substratet. den hårda masken skulle fastna på substratet tillräckligt länge för att de önskade egenskaperna skulle etsas och sedan tas bort rent – ​​även om det extra lagret ofta resulterar i suddighet, ojämna kanter och extra kostnader och komplikationer.

Men under de senaste åren, Darling och hans kollegor har utvecklat en teknik som kallas sekventiell infiltrationssyntes (SIS). En annan metod för att bygga anpassade mönster på nanoskalanivå, SIS involverar kontrollerad tillväxt av oorganiska material i polymerfilmer. Detta innebär att forskare kan konstruera material med unika egenskaper och även med komplexa, 3-D geometrier.

"Med SIS, vi kan ta det tunna, känslig resistfilm och gör den robust genom att infiltrera den med oorganiskt material, "Förklarade Darling. "På det sättet, du behöver ingen mellanmask, så du kommer runt alla problem som är förknippade med det extra lagret."

Även om vissa resist kan fungera bättre än andra under vissa förhållanden, inget enskilt tillvägagångssätt hade ännu visat förmågan att på ett enkelt sätt bygga in ett mönster, djup och trohet i Argonne-metoden, sa älskling.

"Det är möjligt att vi kanske kan skapa mycket smala detaljer långt över en mikron djupt med bara en mycket tunn, SIS-förbättrad etsmask, vilket ur vårt perspektiv skulle vara en banbrytande förmåga, " sa han.

Genom att kombinera sekventiell infiltrationssyntes med blocksampolymerer, molekyler som kan sättas ihop till en mängd olika avstämbara nanostrukturer, denna teknik kan utökas för att skapa ännu mindre funktioner än vad som är möjligt med e-beam litografi. Nyckeln är att utforma en selektiv reaktion mellan de oorganiska prekursormolekylerna och en av komponenterna i segmentsampolymeren.

"Detta öppnar ett brett utbud av möjligheter, " sa Argonne kemisten Jeff Elam, som hjälpte till att skapa processen. "Du kan föreställa dig tillämpningar för solceller, elektronik, filter, katalysatorer - alla möjliga olika enheter som kräver nanostrukturer, men också funktionaliteten hos oorganiska material."

Arbetet publiceras i två studier, "Förbättrad polymerlitografi motstår via sekventiell infiltrationssyntes" i Journal of Materials Chemistry och "Förbättrad blocksampolymerlitografi med sekventiell infiltrationssyntes" i Journal of Physical Chemistry C.

"Förhoppningsvis, vår upptäckt ger forskare en extra fördel när det gäller att skapa djupare mönster med högre upplösning, sa Älskling.