ابداع روشی جدید برای نانوالگودهی

گروهی از محققان آمریکایی اولین روش نانوساخت را که قابلیت ایجاد الگوهای بزرگ با دانسیته، فاکتورهای درونی و تقارن شبکه تنظیم‌پذیر دارد، ابداع کرده‌اند.

محققان دانشگاه نورث‌وسترن اولین روش
نانوساخت را که قابلیت ایجاد الگوهای بزرگ با دانسیته، فاکتورهای درونی و
تقارن شبکه تنظیم‌پذیر دارد، ابداع کرده‌اند. در این روش که الگودهی
نانومقیاس به کمک حلال یا SANE(“solvent-assisted nanoscale embossing”) نامیده می‌شود، می‌توان اندازه‌های ساختارهای ایجاد شده را از طریق قرار
دادن الگوهای ایجاد شده در معرض حلال‌های مختلف تا ۴۵ درصد قالب مادر کاهش
داد. می‌توان با استفاده از این روش الگوهای نانومقیاسی در اندازه وسیع و
به شکلی ارزان برای کاربردهایی همچون پلاسمونیک، پیل‌های خورشیدی و ذخیره
اطلاعات تولید کرد.

در حال حاضر محققان از لیتوگرافی تابش الکترونی یا آسیاب تابش یونی متمرکز
برای ایجاد الگوهای نانومقیاس استفاده می‌کنند. با این حال در این روش‌ها
هر بار باید از نقطه صفر شروع کرد و همچنین امکان تولید الگوها در مقیاس
وسیع وجود ندارد. قالب‌گیری، لیتوگرافی مهرزنی و لیتوگرافی نرم می‌توانند
برای الگودهی در مقیاس وسیع استفاده شوند، اما این روش ها محدود به
ساختارهای ثابت روی قالب یا مُهر اصلی هستند.

حال تری اودوم و همکارانش روش جدید ابداع کرده‌اند که این مشکلات را ندارد.
این روش سه چالش اصلی نانوساخت را حل می‌کند: توانایی تغییر دانسیته
نانوآرایه‌ها، کاهش اندازه ساختارها، و تنظیم تقارن شبکه در حالت‌های مختلف.
اودوم می‌گوید مزیت اصلی SANE این است که هر سه این مشکلات را با استفاده
از یک الگوی مادر حل می‌کند.

این محققان نشان داده‌اند که می‌توانند دانسیته آرایه‌ها ایجاد شده را از
۳۰۰ درصد بالاتر تا ۷۵ درصد پایین‌تر از دانسیته قالب اولیه تغییر دهند. در
این روش همچنین می‌توان با استفاده از حلال های مختلف حین فرایند الگودهی،
، اندازه ساختارها را در عین حفظ فاصله میان آنها کاهش داد. از همه مهم‌تر
اینکه می‌توان با استفاده از این روش به تعداد بی‌نهایت الگو و قالب مادر
تولید کرد.

.
به‌علاوه SANE روش ارزانی نیز هست. اودوم توضیح می‌دهد که با هیچ یک از روش‌های
نانوالگودهی موجود نمی‌توان یک نمونه ویفر ۶ اینچی حاوی الگوهای دلخواه با
فاصله‌ها و اندازه‌های کوچک را با کمتر از ۱۰۰ دلار ساخت.
 

محققان دانشگاه نورث وسترن کار خود را با
یک قالب پلی‌اورتانی به قطر ۶ اینچ که حاوی ساختارهایی با اندازه ۱۸۰
نانومتر و با فاصله ۴۰۰ نانومتر از هم بود، آغاز کردند. سپس یک الاستومتر (پلی
دی‌متیل سیلوکسان یا PDMS) را با استفاده از قالب اصلی الگودهی کردند تا
قالب‌هایی از جنس PDMS تولید کنند. این قالب‌ها ابتدا با حلال خیس شده و
سپس در تماس با بستر پوشیده شده با ماده مقاوم نوری (فتورزیست) قرار گرفتند.

آرایه‌هایی با دانسیته بالاتر

این پژوهشگران برای تولید آرایه‌هایی با دانسیته بالاتر یک فتورزیست را که
روی یک «فیلم جمع‌شونده» (فیلمی که در اثر حرارت پروک خورده و کوچک می‌شود)
قرار داشت، در یک گرمخانه تا ۱۱۵ درجه سانتی‌گراد حرارت دادند. پس از بیست
دقیقه، بستر ترموپلاستیکی به اندازه یک‌سوم مقدار اولیه جمع شده و فاصله
میان الگوهای روی آن نیز به همین اندازه کاهش یافت. بدین ترتیب یک الگوی
مادر دیگر با مساحت ۱۰ سانتی‌متر مربع ساخته شد که دانسیته الگوها روی آن
دو برابر دانسیته الگوهای قالب مادر اولیه بود. حرارت‌دهی بستر اولیه به
مدت ۴۰ دقیقه، اندازه فیلم را تا نصف کاهش داده و به همین نسبت فاصله میان
آرایه‌ها نیز کم می شود.

برای تولید آرایه‌های با دانسیته کمتر نسبت به قالب مادر، محققان پس از گرم
کردن بستر فیلمی آن را در دو جهت عمود بر هم کشیدند. بدین ترتیب می‌توان
فاصله میان الگوها را تا دو برابر الگوی اولیه و دانسیته آنها را به اندازه
۷۵ درصد کاهش داد.

جزئیات این تحقیق در مجله Nano Letters منتشر شده است.