Dessa nanotrådar skapades vid Rice University genom en process som kallas menisk-mask litografi. Från vänster, de är gjorda av kisel, kiseldioxid, guld, krom, volfram, titan, titandioxid och aluminium. Skalstrecket är 1 mikron för alla bilder. Kredit:Tour Group/Rice University
Vatten är nyckelkomponenten i en Rice University-process för att på ett tillförlitligt sätt skapa mönster av metalliska och halvledande ledningar som är mindre än 10 nanometer breda.
Tekniken från kemisten James Tours Rice-lab bygger på dess upptäckt att menisken - den kurviga vattenytan vid dess kant - kan vara en effektiv mask för att göra nanotrådar.
Rice-teamet av Tour och doktoranderna Vera Abramova och Alexander Slesarev har nu tillverkat nanotrådar mellan 6 och 16 nanometer breda av kisel, kiseldioxid, guld, krom, volfram, titan, titandioxid och aluminium. De har också gjort tvärstångsstrukturer av ledande nanotrådar från ett eller flera av materialen.
Ett papper om deras teknik, kallas menisk-mask litografi, har publicerats online av tidskriften American Chemical Society Nanobokstäver .
Processen är lovande för halvledarindustrin eftersom den försöker göra kretsar allt mindre. Toppmodern tillverkning av integrerade kretsar möjliggör signalledningar som närmar sig 10 nanometer, synlig endast med kraftfulla mikroskop. Det här är vägarna som förbinder miljarderna transistorer i moderna elektroniska enheter.
"Detta kan få enorma konsekvenser för chipproduktionen eftersom ledningarna lätt kan göras till storlekar under 10 nanometer, " Tour sa om risprocessen. "Det finns inget annat sätt i världen att göra detta en masse på en yta."
Nuvarande tillvägagångssätt för att göra sådana små trådar tar flera vägar. Litografi, standardmetoden för etsning av integrerade kretsar, närmar sig de fysiska gränserna för sin förmåga att krympa dem ytterligare. Bulksyntes av halvledande och metalliska nanotrådar är också möjlig, men ledningarna är svåra att placera i integrerade kretsar.
Denna tvärstångsuppsättning tillverkades med menisk-mask-litografitekniken som uppfanns vid Rice University. Tvärtrådarna är gjorda av kiseldioxid. Skalstången är 10 mikron; den infällda skalstapeln är 100 nanometer. Kredit:Tour Group/Rice University
Vattnets tendens att fästa på ytor gick från att irritera sig till en fördel när Rice-forskarna fann att de kunde använda det som en mask för att göra mönster. Vattenmolekylerna samlas varhelst ett upphöjt mönster förenar målmaterialet och bildar en krökt menisk som skapas av vattnets ytspänning.
Menisk-mask-processen innebär att man lägger till och sedan tar bort material i en sekvens som slutligen lämnar en menisk som täcker tråden och klättrar upp på sidoväggen på en offermetallmask som, när det etsas bort, låter nanotråden stå ensam.
Tour sa att processen borde fungera med modern tillverkningsteknik utan modifieringar av befintlig utrustning och minimala förändringar i tillverkningsprotokoll. Inga nya verktyg eller material behövs.
Rice University forskare uppfann en process som använder vatten i form av en menisk för att göra det möjligt att skapa sub-10 nanometer nanotrådar av en mängd olika material. Kredit:Tour Group/Rice University
Turnén är T.T. och W.F. Chao ordförande i kemi samt professor i materialvetenskap och nanoteknik och i datavetenskap och medlem av Rices Richard E. Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology.
Air Force Office of Scientific Research stödde forskningen.
