Overstroming bij meer dan twintig watermoleculen
Nieuwe kanalen zijn slechts vijf nanometer diep
Twintig watermoleculen op elkaar, en het kanaal is tot de rand gevuld.
De nanokanalen die promovendus Jeroen Haneveld van de Universiteit
Twente weet te maken, zijn slechts vijf nanometer diep en hebben een
perfect gladde bodem. Bijzonder aan de nieuwe fabricagetechnieken is
daarnaast dat de wanden van het kanaal loodrecht zijn. In deze extreem
ondiepe kanalen blijken vloeistoffen zich niet wezenlijk anders te
gedragen dan `in het groot': water blijft water. Haneveld, die zijn
onderzoek heeft gedaan bij het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie,
promoveert op vrijdag 20 januari.
Voor het `graven' van nanokanalen presenteert Haneveld twee nieuwe
technieken die de fabricage vereenvoudigen en ook minder kostbaar
maken. Behalve een sterk verbeterde directe silicium etstechniek is
vooral zijn nieuwe `spacer laag'-techniek kansrijk. Op een plak
silicium wordt een heel dunne laag oxide -de spacer- aangebracht,
daarin wordt een uitsparing geëtst en vervolgens wordt er weer
silicium op `geplakt'. Een afgesloten kanaal (rechthoekig buisje) is
het resultaat, de hoogte is gelijk aan de dikte van het oxide.
Haneveld kan zo tot vijf nanometer ondiepe kanalen maken. Een perfect
gladde bodem is dan wel noodzaak: een verstoring in het oppervlak is
al gauw enkele nanometers groot en zorgt meteen voor een eiland in het
kanaal.
Loodrecht
De gebruikelijke etstechnieken zijn eigenlijk niet berekend op deze
dimensies, stelt Haneveld. Bij nanometer afmetingen is de diepte van
het kanaal niet goed te sturen, en de ruwheid van de bodem blijft een
probleem. Ook de vorm van de zijwanden is van belang. Loodrechte
wanden zijn voor veel toepassingen te prefereren. Door wafers met de
juiste kristaloriëntatie te kiezen in combinatie met het nat etsen van
silicium is dat mogelijk, toont de promovendus aan.
Opname van een kanaal dat slechts vijf nanometer -vijf miljoenste
millimeter- diep is. De opname is gemaakt met een Atomic Force
Microscope.
Een kanaal van 5 nanometer diep (opname met Atomic Force Microscope)
Koekje in de koffie
Met kanalen, in diepte variërend van vijf tot honderdvijftig
nanometer, heeft Haneveld al `vulproeven' gedaan. Net als een koekje
in de koffie kunnen ze zich volzuigen met vloeistof dankzij de
capillaire werking. Dit vulproces verandert wel naarmate de afmetingen
kleiner worden. De oorzaak daarvan is nog niet goed bekend: het kanaal
zou door de druk enigszins kunnen vervormen aan de wanden. Een andere
mogelijkheid is dat watermoleculen zich organiseren aan de wand en zo
een `nieuwe wand' vormen. Daarnaast spelen `elektrovisceuze effecten'
een rol. Toch constateert Haneveld dat water zich niet drastisch
anders gaat gedragen, in ieder geval niet in kanalen tot tien
nanometer diep.
De nieuwe kanalen zijn onder meer geschikt voor lab-on-a-chip
systemen. In DNA-analyse is het bijvoorbeeld al gebruikelijk om te
scheiden op basis van afmetingen. Deze technieken zijn nog verder te
verfijnen met de kanalen die nu ook nog eens eenvoudiger en goedkoper
zijn te produceren.
Noot voor de pers
Jeroen Haneveld (Lochem, 1977) heeft zijn onderzoek gedaan in de groep
Transducers Science & Technology van prof. Miko Elwenspoek, MESA+
Institute for Nanotechnology.
Het proefschrift `Nanochannel fabrication and characterization using
bond micromachining' is op aanvraag verkrijgbaar.
Contactpersoon voor de pers: ir. Wiebe van der Veen, tel (053)
4894244, email w.r.vanderveen@utwente.nl
Universiteit Twente