Den ökande miniatyriseringen av elektriska komponenter inom industrin kräver en ny bildteknik på nanometerskala. Delftforskaren Gerard Verbiest och ASML har utvecklat en första proof-of-concept-metod som de nu planerar att vidareutveckla. Metoden använder samma princip som ultraljudsskanning vid graviditet, men på mycket, mycket mindre skala.

Ultraljud

"Befintliga icke-förstörande bildtekniker för nanoelektronik, såsom optisk mikroskopi och elektronmikroskopi, inte är tillräckligt noggranna eller tillämpliga på djupare strukturer, " förklarar Gerard Verbiest från Delfts 3mE-fakultet. "En välkänd 3D-teknik i makroskala är ultraljud. Fördelen här är att det fungerar för varje prov. Det gör ultraljud till ett utmärkt sätt att kartlägga 3D-strukturen av ett icke-transparent prov på ett oförstörande sätt." Och ändå, ultraljudsteknik på nanoskala fanns inte ännu. Verkligen, upplösningen av ultraljudsavbildning bestäms starkt av våglängden på det använda ljudet, och det är vanligtvis runt en millimeter.

AFM

"För att förbättra detta, ultraljud har redan integrerats i ett Atomic Force Microscope (AFM), " Verbiest fortsätter. "AFM är en teknik som låter dig skanna och kartlägga ytor extremt noggrant med en liten nål. Fördelen här är att det inte är våglängden utan storleken på spetsen på AFM som bestämmer upplösningen. Tyvärr, vid de frekvenser som hittills använts (1-10 MHz), responsen från AFM är liten och otydlig. Vi ser något, men det är inte klart exakt vad vi ser. Så frekvensen på det använda ljudet behövde ökas ytterligare, till GHz-området, och det är vad vi har gjort."

Att öka frekvensen är något som först har blivit möjligt nyligen, Verbiest förklarar. "Vi uppnår detta genom fotoakustik. Genom att använda den fotoakustiska effekten kan du generera extremt korta ljudpulser. Vi har lyckats integrera denna teknik i en AFM. Med spetsen på AFM, vi kan fokusera signalen. Vårt upplägg är klart, och vi har genomfört de första testerna."

Cellbiologi

Såsom nämnts, den nya metoden är särskilt intressant för nanoelektronik. "Om du vill göra ännu mindre marker med ännu mindre mönster i framtiden, då är detta steget du måste ta, " säger Verbiest. "Till exempel, för att göra det möjligt att lägga två lager ovanpå varandra med nanometerprecision."

"Men det finns säkert potentiella tillämpningar utanför elektroniken också. Du kan använda det inom cellbiologi för att göra en detaljerad 3-D-bild av en enda levande cell, till exempel om hur mitokondrier viks i en cell. Och inom materialvetenskap, du kan använda den för forskning om värmetransport i ett fantastiskt material som grafen."

Snabba framsteg

Verbiest har gjort snabba framsteg. "En post-doc forskare har arbetat med det här projektet sedan april förra året och en doktorand sedan oktober. Så på ungefär åtta månader lyckades vi göra de första mätningarna med vårt upplägg och vi kommer att fortsätta att utveckla detta under den kommande perioden. Så småningom, ASML, som också äger den immateriella egendomen, kommer att ta över forskningen och förhoppningsvis påskynda den industriella tillämpningen av den nya metoden. Men det, självklart, beror på vilka resultat vi får."