Den ständigt ökande efterfrågan på förbättrad prestanda i elektroniska enheter som solceller, sensorer och batterier matchas av ett behov av att hitta sätt att tillverka mindre elektriska komponenter. Flera tekniker har föreslagits för att skapa små, nanoskala strukturer på kisel, men dessa typer av "nanomönster" tenderar att involvera låg genomströmning, högkostnadsstrategier som inte lämpar sig för storskalig produktion. Sivashankar Krishnamoorthy och medarbetare vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering har nu hittat en enkel och robust metod för att nanomönster på hela ytan på en kiselwafer.

Krishnamoorthys teknik utnyttjar de självmonterande egenskaperna hos polymera nanopartiklar, kända som omvända miceller. Dessa okonventionella partiklar har en struktur som består av en polär kärna och ett yttre lager av opolära "armar". Omvända miceller kan bilda högordnade arrayer på ytan av en kiselskiva. Den resulterande "beläggningen" kan användas som en litografisk resist för att maskera kiselytan under etsningsprocessen.

Även om andra grupper har utvecklat liknande tillvägagångssätt i tidigare studier, Krishnamoorthy och medarbetare är de första att utveckla en process som kan mönstra hela ytan av en kiselwafer med mycket enhetliga nanostrukturer (se bild). Författarna har vidareutvecklat en metod för att kvantifiera nanostrukturvariationer över stora områden med hjälp av enkla optiska verktyg, banar väg för nanometri med hög genomströmning.

Som en ytterligare förbättring av processen, forskarna exponerade det självmonterade polymerskiktet för en titankloridånga. Titankloriden ackumuleras selektivt i varje micells polära kärna. En explosion av syreplasma tar sedan bort polymeren för att lämna ett mönster av små titanoxidprickar. Denna process omvandlar en mjuk organisk mall till en hård oorganisk mask som är mycket mer lämpad för att etsa in ultrafina detaljer i kislet, producerar uppsättningar av nanopelare mindre än 10 nanometer från varandra.

Resultaten förväntas vara mycket anpassningsbara. "Även om vi har demonstrerat processen för att skapa kiselnanopelare, den är mycket mångsidig och kan lätt byggas ut för att uppnå nanomönster av de flesta andra material, till exempel, metaller, halvledare och polymerer genom lämplig efterbearbetning av de ursprungliga sampolymermallarna, ” förklarar Krishnamoorthy. "Andra mönster förutom nanopelare kan också skapas, beroende på vilken mönsteröverföringsbehandling som används."

Krishnamoorthy och hans team undersöker redan de potentiella tillämpningarna av deras teknik. "Vi använder för närvarande denna process för att skapa nanoenheter för avkänning, datalagring, och energitillämpningar, som batterier och solceller, ” säger Krishnamoorthy.