تقریباً تمام خواص فیزیکی و شیمیایی مواد وابسته به دما هستند. محققان در حال حاضر شروع به بررسی کاربردهایی کرده‌اند که گرم‌کن‌ها و دماسنج‌های نانومقیاس می‌توانند آنها را تسهیل کنند. در بیشتر تحقیقات قبلی روی این نوع گرم‌کن‌ها و دماسنج‌ها، از عناصری با اندازۀ چندین میکرومتر استفاده شده است؛ اکنون محققان دانشگاه ایلونویز با استفاده از فوتولیتوگرافی تماسی یک روش برای ساخت یک گرم‌کن/ دماسنج با اندازه صد نانومتر توسعه داده‌اند.
دماسنج نانومقیاس برای فرآوری گرمایی نانومواد
تقریباً تمام خواص فیزیکی و شیمیایی مواد وابسته به دما هستند. محققان در حال حاضر
شروع به بررسی کاربردهایی کرده‌اند که گرم‌کن‌ها و دماسنج‌های نانومقیاس می‌توانند
آنها را تسهیل کنند. در بیشتر تحقیقات قبلی روی این نوع گرم‌کن‌ها و دماسنج‌ها، از
عناصری با اندازۀ چندین میکرومتر استفاده شده است؛ اکنون محققان دانشگاه ایلونویز
با استفاده از فوتولیتوگرافی تماسی یک روش برای ساخت یک گرم‌کن/ دماسنج با اندازه
صد نانومتر توسعه داده‌اند.
برای درک عمیق نانومواد به کاوشگرهای نانومقیاس نیاز است. با چنین افزاره‌های گرم‌کن/
دماسنج نانومقیاسی بررسی وابستگی دمایی خواص مواد در مقیاس‌های خیلی کوچک و انجام
تشخیص‌های گرمایی نانومواد، امکان‌پذیر می‌شود. ویلیام کینگ ، یکی از این محققان
گفت: ما یک فرآیند ساخت ساده برای تولید یک گرم‌کن/دماسنج صدنانومتری روی یک لرزانک
سیلیکونی (هر دو نوع با نوک و بدون نوک) توسعه داده‌ایم. این گرم‌کن ابتدا روی یک
لرزانک بدون نوک ساخته شد و سپس داخل یک نوک تیز یکپارچه شد.
کینگ توضیح می‌دهد که به منظور ایجاد یک گرم‌کن/ دماسنج در انتهای یک لرزانک
سیلیکونی، ابتدا نواحی که قرار است با غلظت بالا دوپ شوند و به صورت
فوتولیتوگرافی مشخص شده‌اند با برم دوپ می‌شوند، وسپس یک فرآیند
آنیلینگ(“annealing”) دما بالا سبب می‌شود که این دوپ‌کننده‌ها به طریقی که ناحیه
گرم‌کن را تا حدود ۱۰۰ نانومتر کوچک می‌کند، به داخل سیلیکون نفوذ کنند.
کینگ می‌گوید: موقعی که سیلیکون در دمای بالا آنیل می‌شود، این دوپ‌کننده‌ها در
یک مسیر باریک به داخل سیلیکون نفوذ می‌کنند. کنترل دقیق شرایط آنیلینگ اجازه
می‌دهد که حامل‌های اصلی در نقطه وسط بین دو ناحیه‌ی دوپ‌شونده از نوع N به نوع
P تغییر یابند و غلظت این دوپ‌کننده به ۱۰۱۷ اتم در هر سانتی‌متر مربع برسد.
تحت این شرایط، نانوگرم‌کن منتج به کوچکی ۱۰۰ نانومتر خواهد شد.
فرآیند ساختی که این محققان استفاده کرده‌اند بسیار مشابه فرآیند ساختی است که
برای لرزانک‌های AFM سیلیکونی دارای گرم‌کن‌های مجتمع، استفاده می‌شود. تنها
تفاوت این دو فرآیند این است که در اینجا هدف ساخت یک لرزانک بدون نوک با یک
گرم‌کن/ دماسنج صدنانومتری است.
کینگ می‌گوید: برای داشتن یک گرم‌کن/ دماسنج صد نانومتری در یک لرزانک سیلیکونی،
چالش بعدی مجتمع‌کردن این نانوگرم‌کن روی یک نوک در انتهای آزاد لرزانک بود.
این فرآیند ساخت با ایجاد نوک‌های تیز روی سیلیکونی که روی یک ویفر عایق است،
شروع می‌شود. بعد از ساخت این نوک‌ها، ساختارهای لرزانکی پس از اِچینگ خشک در
پلاسمای بصورت القائی جفت‌شده، با فتولیتوگرافی ایجاد می‌شوند.
با اعمال یک پالس ولتاژ به این لرزانک، دمای نانوگرم‌کن در نوک آن تا رسیدن به
حالت پایدار افزایش می‌یابد. موقعی که این پالس متوقف می‌شود، دمای لرزانک تا
مقدار اولیه کاهش می‌یابد. همچنین با توجه به حساسیت هدایت گرمایی این افزاره
به دما، می‌توان از آن به‌عنوان نانودماسنج نیز استفاده کرد.
نتایج این تحقیق در مجله Nanotechnology منتشر شده است.
