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Disegnare circuiti con nano penne
La richiesta di un'elettronica sempre più veloce ed economica sta spingendo al limite le tecniche di produzione basate sulla litografia nell'industria dei semiconduttori. Ora i ricercatori segnalano una tecnica di litografia economica e veloce che utilizza matrici di nanopenne polimeriche flessibili per modellare con precisione milioni di strutture complesse in parallelo. La tecnica, che i ricercatori hanno utilizzato per creare un circuito integrato (e versioni lillipuziane del logo delle Olimpiadi), può essere impiegata per realizzare linee le cui dimensioni variano da pochi nanometri a millimetri di spessore.
Penna nano olimpica: Queste 15.000 repliche in oro del logo delle Olimpiadi (in alto) sono state create utilizzando una nuova tecnica di litografia che si basa su grandi matrici di nanopenne polimeriche che scrivono in parallelo. L'immagine in basso mostra i loghi in primo piano e l'inserto ingrandisce ulteriormente la e a Pechino, mostrando che il suo tratto inferiore è largo solo 90 nanometri. Il logo del running man è alto 36 micrometri. Queste immagini, scattate con un microscopio elettronico a scansione, dimostrano la gamma di dimensioni delle caratteristiche che possono essere realizzate con la tecnica.
La tecnica, sviluppata da Chad Mirkin , chimico della Northwestern University e direttore dell'International Institute for Nanotechnology, utilizza matrici di penne polimeriche a forma di piramide le cui punte sono immerse in soluzioni di sostanze chimiche che possono contenere quasi tutte le molecole, comprese proteine e acidi; le penne vengono poi tracciate su una superficie da un braccio meccanico per creare milioni di strutture in parallelo. La larghezza delle linee tracciate da ciascuna penna può essere controllata con attenzione variando la forza esercitata sulle punte flessibili della penna. Poiché le penne di Mirkin tracciano disegni programmati da software per computer, possono passare rapidamente da un design complicato all'altro, rendendo possibile la creazione di modelli complessi le cui caratteristiche sono molto vicine tra loro.
Mirkin ha usato le penne per modellare l'acido su un wafer di silicio rivestito d'oro; ha poi inciso, sulla base del modello, un circuito integrato d'oro. La litografia a penna polimerica mostra anche la promessa di modellare molecole biologiche. In effetti, afferma Mirkin, la tecnica potrebbe funzionare con quasi tutti gli inchiostri molecolari, comprese le proteine per catturare e studiare le cellule. Gli array di penne polimeriche costano meno di un dollaro ciascuno.
La litografia a penna polimerica è un miglioramento rispetto alla litografia a pennarello , una tecnica che Mirkin ha sviluppato dal 1999. La litografia a pennarello utilizza array di sonde a sbalzo affilate e rigide, le stesse utilizzate per la microscopia a forza atomica. Mirkin ha creato una società, NanoInk , per commercializzare la tecnologia. Ma, riconosce, la sua utilità finale è stata limitata da problemi di produttività, costi e complessità. La dimensione dei suoi tratti molecolari è stata limitata a un intervallo relativamente ristretto, i cantilever sono soggetti a rotture e il numero di strutture che possono essere realizzate in parallelo è limitato.
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Guarda la litografia dip-pen in azione.
Se funziona, dice Grant Willson , un ingegnere dell'Università del Texas ad Austin, accelererà il processo di modellazione delle strutture con le nano penne. La nuova versione della litografia dip-pen potrebbe rendere la tecnologia molto più pratica dal punto di vista commerciale. Ma la tecnica di Mirkin gareggerà in un campo affollato, osserva Willson. I ricercatori che mirano a confezionare circuiti con caratteristiche sempre più piccole per chip sempre più veloci stanno adottando molti approcci diversi alla nanofabbricazione. Alcuni, ad esempio, stanno creando antenne ottiche per focalizzare la luce in fasci molto piccoli per estendere le capacità della fotolitografia. Altri si sono rivolti a fasci di elettroni o ioni, o usano calore deformazione per formare modelli.
Harald Fuchs , direttore dell'Interface Physics Group presso l'Università di Münster, in Germania, afferma che il principale vantaggio della tecnica di Mirkin rispetto ad altri metodi di nanofabbricazione è la precisione e la flessibilità. Le penne potrebbero essere usate per scrivere un motivo in un inchiostro molecolare, essere immerse in un altro e quindi scrivere un altro strato. Per creare modelli ancora più complessi, afferma Fuchs, ogni punta di penna potrebbe essere immersa in un inchiostro diverso.
Mirkin afferma che la Northwestern sta parlando con aziende, inclusa la sua NanoInk, della commercializzazione della litografia a penna polimerica. La tecnica, dice, renderà la tecnologia dip-pen accessibile a un gran numero di persone.