Allt börjar med en enda oktaederstruktur, sedan efter fyra iterationer finns det redan 625 av dem. Varje iteration skapar en ny oktaeder vid varje vertex. Resultatet är en fascinerande 3D-fraktalkonstruktion i mikro- och nanoskala, lämplig t.ex. för högpresterande filter. Forskare vid University of Twentes MESA+ Institute for Nanotechnology presenterar denna uppfinning i Journal of Micromechanics and Microengineering .

En geometrisk figur kan upprepa sig i oändlighet i en fraktal. När du zoomar in fortsätter du att se samma struktur. Den stora fördelen med en tredimensionell fraktal är att den effektiva ytan ökar för varje förminskning och samtidigt utnyttjas utrymmet fullt ut. När det gäller oktaedrarna är den slutliga strukturen inte mycket större än den ursprungliga oktaedern men den effektiva ytan har ökat med en faktor 6,5. De minsta oktaedrarna är 300 nanometer stora med små hål vid hörnen 100 nanometer i diameter. 625 av dessa nanoporer på en liten yta kan skapa ett mycket effektivt filter med mycket lågt flödesmotstånd, till exempel. Oktaedrarna kan också användas som små burar för att hålla levande celler och undersöka deras interaktioner med celler i närliggande oktaedrar. Och vad händer om man riktar ljus in i strukturen? Möjligheterna är legio.

Hörnlitografi

För att skapa den repetitiva tredimensionella strukturen använder forskarna en teknik som de själva har utvecklat, känd som "hörnlitografi". Först etsas en pyramidform in i kisel, sedan appliceras ett tunt lager kiselnitrid. Detta tas bort, lämnar en liten mängd kiselnitrid i hörnen, ett slags plugg. Även detta tas bort så att mer etsning kan ske genom det så skapade hålet. Den åttakantiga 3D-strukturen bildas av sig själv längs kiselns kristallina plan genom "auto-alignment".

Kiselnitrid appliceras igen på varje vertex och processen upprepas. Den nya strukturen utvecklas automatiskt i varje riktning, med storleken på de nya oktaedrarna beroende på etsningstiden. Strukturen utvecklas alltså från mikrometer till nanometer. En av de stora fördelarna är att ingen komplex teknik behövs för att göra porerna en efter en, till exempel. Miljontals fraktaler kan skapas parallellt på en wafer, vardera med 625 porer. Mer än fyra iterationer kan användas, men detta ställer större krav på tekniken och precisionen i etsningsprocessen.

Forskningen utfördes av Transducers Science and Technology Group vid University of Twentes MESA+ Institute for Nanotechnology.

Artikeln, "Tillverkning av 3D-fraktalstrukturer med anisotropisk etsning i nanoskala av enkristallint kisel" av Erwin Berenschot, Henri Jansen och Niels Tas, finns på omslaget till majnumret av Journal of Micromechanics and Microengineering .