Silicium met superdiepe nanoporiën sluit licht uit
dit is een persbericht van de stichting FOM
Onderzoekers van het MESA^ + Instituut voor Nanotechnologie van
Universiteit Twente, het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica
in Amsterdam en ASML hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het
maken van nanoporiën in silicium. Zo zijn ze er in geslaagd nanoporiën
met een recorddiepte te maken. Men kan deze nieuwe structuren
bijvoorbeeld toepassen in chemische sensoren en als condensator in
hoge-frequentie elektronica. Omdat de ontwikkelde methode compatibel
is met de techniek die de industrie nu al gebruikt, is integratie van
de nieuwe structuren in siliciumchips mogelijk. De onderzoekers
publiceren de resultaten op 9 april aanstaande in het toonaangevende
Britse tijdschrift Nanotechnology.
Het succes van de computer- en communicatie-industrie is mogelijk
omdat men grote hoeveelheden chips kan produceren. Machines gebruiken
routinematig siliciumplakken zo groot als langspeelplaten (ook wel
wafers genoemd) waarop een veelheid van dezelfde micro- en
nanostructuren worden gemaakt. Dit gebeurt met Complementary Metal
Oxide Semiconductor (CMOS) technologie. Hoe kleiner de structuren, hoe
meer informatie een chip aankan. Een moderne uitdaging is om
elektronische chips te combineren met optische communicatie, omdat dan
enorme informatiedichtheden kunnen worden vervoerd. Hiervoor is het
nodig om fabricage van chips geschikt te maken voor optische
structuren, in het bijzonder voor ruimtelijk regelmatig geordende
nanostructuren in silicium.
Nieuwe methode
Onderzoekers van het MESA^+ Instituut voor Nanotechnologie van
Universiteit Twente, het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica
(AMOLF) in Amsterdam en ASML, wereldleider in lithografiesystemen voor
de halfgeleiderindustrie, hebben nu een nieuwe methode ontwikkeld voor
het fabriceren van matrices van nanoporiën in silicium. De
onderzoekers brachten de gewenste structuren aan in een fotogevoelige
lak door middel van zogenaamde diep-ultraviolet 'step-and-scan'
lithografie, die is ontwikkeld door ASML. De lak verandert onder
invloed van UV-licht en diende als masker: afgedekt silicium blijft
over en niet-afgedekt silicium wordt verwijderd door etsen. Vervolgens
hebben de onderzoekers het plasma-etsproces dat de industrie
routinematig gebruikt, grondig aangepast voor het maken van zeer diepe
nanoporiën.
Zo slaagden de onderzoekers er in om een aspect ratio van meer dan 16
te halen, een wereldrecord. De aspect ratio is de verhouding tussen de
diepte van de porie en de diameter, een belangrijke maat voor dit
soort nanoporiën. De nanoporiën hebben een diepte tot 8 micrometer (1
micrometer is één miljoenste meter) en een diameter van 310 tot 515
nanometer (1 nanometer is één duizendste van een miljoenste meter).
Afstanden tussen de poriën variëren van 440 tot 750 nanometer. De
onderzoekers ontdekten dat het beperken van ongewenst etsen van de
zijwanden tijdens het etsproces de cruciale factor is waardoor ze de
grote diepte konden bereiken.
A) Bovenaanzicht De foto, gemaakt met de scanning
elektronenmicroscoop, toont een matrix van nanoporiën. Deze is gemaakt
met ultraviolet lithografie. De diameter van de gaatjes in het patroon
bedraagt 462 nanometer. De afstand tussen de gaatjes bedraagt 600
nanometer.
B) De foto toont een doorsnede van diepe poriën. Deze zijn geëtst met
het ontwikkelde plasmaproces. De poriën hebben een diameter van 423
nanometer. De verhouding tussen diameter en diepte is hoog: 15,2. De
onregelmatigheid rechts in de figuur is een gevolg van het breken van
het monster. De schaalbalken in A) en B) hebben een lengte van 1
micrometer.
Toepassingen
De nanostructuren maken vele interessante toepassingen mogelijk.
Optische reflectiemetingen toonden aan dat de nieuwe structuren zich
als kwalitatief zeer goede fotonische kristallen gedragen. Een
fotonisch kristal is een sterk geordende nanostructuur, dat werkt als
een spiegelpaleis voor fotonen. Door interferentie-effecten is
voortplanting van licht met bepaalde kleuren in veel richtingen
onmogelijk. Het verboden kleurengebied noemt men de fotonische 'gap'.
Met de beschikbaarheid van deze diepe nanoporiën met een breed scala
aan diameters, komt een driedimensionaal fotonisch kristal dichterbij.
Hiermee kan men fotonen op een ultieme manier sturen. Bovendien is het
belangrijk om de nanostructuren zo diep mogelijk te maken om een
fotonisch kristal met een groot volume te verkrijgen. De geproduceerde
siliciumstructuren hebben intense reflectiviteit bij golflengtes 1330
en 1550 nanometer en zijn daarmee interessant voor de
telecommunicatie-industrie. Andere toepassingen zijn chemische
sensoren en condensatoren in hoge-frequentie elektronica voor
bijvoorbeeld mobiele telefoons.
Het kunnen gebruiken van dergelijke structuren in bestaande
siliciumchips is zeer interessant. De compatibiliteit van het
fabricageproces met bestaande CMOS-technologie maakt de integratie van
optische structuren in silicium chips, samen met elektronica,
mogelijk. Ook kan men met dit soort structuren snel optisch schakelen.
Het onderzoeksteam
Léon Woldering is een promovendus in de groep Complex Photonic Systems
(COPS) aan de Universiteit Twente. Ook Willem Tjerkstra en Henri
Jansen zijn onderzoekers aan het MESA^+ Instituut aan de Universiteit
Twente. Irwan Setija is senior researcher bij ASML in Veldhoven.
Willem Vos is groepsleider bij AMOLF in Amsterdam en hoogleraar aan de
Universiteit Twente. Dit onderzoek is ondersteund door NanoNed/STW,
FOM en NWO.
Het artikel , Periodic arrays of deep nanopores made in silicon with
reactive ion etching and deep UV lithography van L.A. Woldering, R.W.
Tjerkstra, H.V. Jansen, I.D. Setija and, W.L. Vos verschijnt in
Nanotechnology nr 19 van 2008.
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Léon Woldering,
Universiteit Twente, telefoon: (053) 489 53 90, Annemarie Zegers
(voorlichting Stichting FOM), tel (030) 6001218 of Wiebe van der Veen
(communicatie UT), tel (053) 4894244
Top
Laatst gewijzigd op 02-04-2008 12:04:33 door Webmaster
Universiteit Twente