Nanosvet

Autor: Slavomír Nemšák | 15.10.2005 o 7:04 | Karma článku: 11,24 | Prečítané:  4756x

Oblasť nanosveta je pre väčšinu ľudí vzdialenejšia než oblasti vzdialeného vesmíru. Isteže, každý môže voľným okom večer na oblohe vidieť objekty, ktoré sú od nás ďalej, než si dokážeme predstaviť. Iba málokto mal ale možnosť presvedčiť sa na vlastné oči o atomárnej štruktúre látok. Dnes sa nebudem venovať všetkým aspektom nanosveta - na mušku si vezmem iba budovanie 3D nanoštruktúr.

STM snímok atómu striebra (biely) na povrchu kremíku - vďaka rýchlej difúzii je ho vidieť až na troch pozíciách zároveň.STM snímok atómu striebra (biely) na povrchu kremíku - vďaka rýchlej difúzii je ho vidieť až na troch pozíciách zároveň.Zdroj : STM, KEVF MFF UK, Praha

Nanometer (10-9 m) je pre väčšinu z nás iba pojem, presnejšiu predstavu o jeho veľkosti má zhruba rovnaký počet ľudí, ako tých, ktorí si uvedomujú veľkosť svetelného roku (ktorý je takmer 1016 m). Ak sa ale ponoríme do nanosveta atómov a molekúl, zistíme, že nm je pre nás čosi ako veľkosť obývačky. V pevných látkach zvykne byť vzdialenosť medzi atómami rovná zlomku nanometra - napríklad pri známej NaCl sú atómy sodíka od seba vzdialené približne 1/4 nanometra. Pre potreby uvádzania takýchto rozmerov bola zavedená nová fyzikálna jednotka - Ångström (Å), ktorý je rovný desatine nm.


Príklad samousporiadania - AFM obrázok gáliových kvapiek, ktoré sa špecifickou depozíciou arzénu zmenia na GaAs dvojité krúžky
Zdroj: 3) T. Mano et al, Nano Lett.
Dnešné CPU a ďalšie integrované obvody sú vyrábané tzv. 90 nm technológiou. Pomyselná hranica nanosveta (100 nm) už síce bola zlomená, ale ku naozajstným nanorozmerom máme ešte ďaleko. Litografický proces, používaný pri ich výrobe, je podobný vyvolávaniu fotografií - s tým rozdielom, že obrázok z filmu nie je zväčšovaný na fotopapier, ale zmenšovaný na kremíkový substrát. Kvôli malým výsledným rozmerom nemožno použiť bežné svetlo - používajú sa špeciálne ultrafialové zdroje, ktoré majú vlnovú dĺžku žiarenia hlboko pod hranicou viditeľného svetla. Okrem toho potrebujú zložitú optiku na potláčanie optických chýb všetkého druhu. Podľa odhadov je teoretická hranica tohoto výrobného procesu približne 30 nm. Vedci pri budovaní nanosystémov prednedávnom za pomoci vysokoenergetických elektrónov (200 keV) prelomili hranicu 5 nm (r. 2003)1),2). Obecne existujú dva prístupy budovania nanoštruktúr. Prvým je postup "kreslenia" na povrch substrátu. Druhým, pre priemysel veľmi lákavým, je budovanie za pomoci samousporadúvacích systémov.

Prvý prístup je podobný vypaľovaniu papiera lupou - sfokusovaný elektrónový lúč jazdí po povrchu podložného materiálu a zanecháva za sebou hotovú vodivú/polovodičovú/nevodivú stopu. V praxi ide o modifikovaný postup CVD (Chemical Vapour Deposition) - do prípravnej komory sa napustí plyn, ktorý obsahuje požadovaný kov/polovodič/nevodič. Sfokusovaný elektrónový lúč spôsobí disociáciu molekuly plynu (jej rozštiepenie) a na povrchu ostáva iba kov/polovodič/nevodič. Tento proces nemusí byť stimulovaný iba elektrónovým lúčom - rovnako úspešne sa dajú použiť sfokusovaný iónový lúč, či laser. Najvačšou výhodou tohoto postupu je jeho spoľahlivosť a univerzálnosť - čo si nakreslíte, to máte. Nevýhodou je, že výroba komplikovaných systémov trvá neskutočne dlho.


Nanosito z Al2O3; priemer dier je asi 30 nm, rozostup 150 nm
Zdroj: SEM, Ivan Turkevych, NIMS
Druhý prístup je zaujímavejší. Predpokladá, že sa podarí pripraviť pravidelná matrica, čosi ako 3D negatív, pre nasledovnú výrobu nanoobjektov. Napríklad, ak vyrobíme nanosito s presne definovanou veľkosťou, tvarom a rozostupom dier, je možné ho priložením na substrát použiť pre výrobu pravidelných nanoštruktúr na povrchu substrátu (napr. malých bodiek, alebo tyčí, či rúrok). Tie môžu byť ponechané v stave, v akom sú, alebo pomocou ďalších fyzikálnych a chemických procesov meniť ich tvar na valčeky, prípadne kružnice a ďalšie zaujímavé tvary 3). V kombinácii so špecifickou štruktúrou povrchu môžu vytvárať špeciálne orientované vodivé cesty. Rovnako ako dnes by sa takto vrstva po vrstve dali vyrobiť veľmi komplikované súčiastky až 100 krát menších rozmerov a s vlastnosťami, o ktorých možno zatiaľ ani nevieme. Hlavnou výhodou je veľká rýchlosť výroby a relatívne nízke náklady.

Priemyselné využitie by nakoniec mohlo vyzerať ako kombinácia týchto dvoch postupov. Pripravená matrica sa použije na prípravu pravidelnej siete nanobodiek (nanodots) a nanotyčí (nanorods) kolmých ku substrátu. Ďalšia matrica sa použije na výrobu väčšiny spojov a na záver sa niekoľko posledných potrebných spojov urobí stimulovanou chemickou depozíciou. Do doby, kým prvé výrobky dorazia na komerčný trh ale ešte máme pred sebou kopec práce a problémov.


1) Štruktúry zložené z jednotlivých atómov boli postavené už oveľa skôr za použitia STM, ale na umiestnenie každého atómu bol potrebný čas v rádoch minút.
2) N. Silvis-Cividjian et al, Appl. Phys. Lett. 82 (2003) 3514
3) T. Mano et al, Nano Lett., 5[3] (2005) 425

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

DOMOV

Z Bonaparte do štátnej rezidencie? Fico plánuje bývanie aj pre Kisku a Danka

Šéf Úradu vlády Igor Federič kedysi vybavoval pre premiéra luxusnú vilu pri Bratislavskom hrade. Fico sa bránil, že by sa tam nikdy nenasťahoval.

KOMENTÁRE

Čechov teraz čaká obdobie ich mečiarizmu

České voľby popierajú tézu, že za nástup populistov môžu štandardné strany.

SVET

Anarchisti, hackeri či liberáli? Prečo Česi volili Pirátov

Pustite nás na nich, vyzývala Pirátska strana.


Už ste čítali?