U ovom blog postu istražit ćemo koncept nanoproizvodnih procesa - temelja nanotehnologije - kao i reprezentativne procesne metode i karakteristike svake tehnologije.
Razmotrimo kocku. Kako se duljina jednog brida smanjuje, omjer površine i volumena eksponencijalno raste, a u mikroskopskom svijetu pojavljuju se razni fenomeni koji se ne opažaju u makroskopskom svijetu. Za proučavanje tih karakteristika ključne su vrlo precizne tehnike promatranja. U prošlosti su se, zbog ograničenja optičkih mikroskopa, mogle analizirati samo strukture mikrometarske skale. Međutim, napretkom znanosti i tehnologije, uključujući elektronske mikroskope, postalo je moguće promatrati strukture veličine nanometara, što je dovelo do aktivnog istraživanja u ovom području. Trenutno su istraživanja u tijeku u raznim područjima, poput elektronike i informacijske i komunikacijske tehnologije, biotehnologije, okoliša i energetike, obrane i zrakoplovstva, kako bi se iskoristile karakteristike mikroskopskog svijeta.
Nanofabrikacija (Nanofab) općenito se odnosi na sve procese uključene u masovnu proizvodnju struktura u rasponu od 1 nm do 100 nm. Izrada takvih nanoskalnih struktura zahtijeva pristup koji se razlikuje od tradicionalnih metoda koje se koriste za obradu struktura - poput cijevi - koje su mikrometarske ili dulje duljine. Iz tog razloga, tehnologija nanofabrikacije etablirala se kao temeljna tehnologija nanotehnologije, pokrivajući raspon od približno 1-100 nm. Krajnji cilj tehnologije nanofabrikacije je jednostavna i ekonomična masovna proizvodnja željenih nanostruktura.
Do danas razvijeni procesi nanofabrikacije široko se kategoriziraju u metode od vrha prema dolje i od dna prema vrhu. Metoda od vrha prema dolje uključuje progresivno rafiniranje rasutih materijala kako bi se stvorile željene nanostrukture; predstavlja precizniju evoluciju postojećih tehnologija mikrofabrikacije. Reprezentativni primjeri uključuju fotolitografiju i meku litografiju. Nasuprot tome, metode od dna prema vrhu su tehnologije koje formiraju strukture na atomskoj ili molekularnoj razini na temelju kemijskih procesa. Taloženje iz pare i samosastavljanje su reprezentativni procesi od dna prema vrhu.
Fotolitografija je reprezentativni nanotehnološki proces koji koristi fotoosjetljivi polimer (fotorezist, PR), koji reagira na specifične valne duljine poput ultraljubičastog svjetla, za prijenos uzorka maske na silicijsku podlogu. Izraz "litografija" potječe iz tiskarskog stroja i odnosi se na metodu oblikovanja željenih struktura pomoću maske. Ovdje se maska odnosi na matricu koja se koristi za oblikovanje željenog uzorka na podlozi. U ovom procesu, rezolucija - najmanja veličina koja se može ostvariti na podlozi - ključni je faktor. Optički bazirana litografija suočava se s temeljnim ograničenjima u rezoluciji zbog difrakcije svjetlosti. Iako se većina poluvodiča koji se trenutno proizvode proizvodi korištenjem ove metode fotolitografije, ograničenja konvencionalnog pristupa postaju sve očitija kako gustoća integracije poluvodiča nastavlja rasti; stoga se aktivno istražuju različiti procesi koji bi ga zamijenili ili nadopunili.
Meka litografija je proces od vrha prema dolje koji, uz fotolitografiju, privlači značajnu pozornost. Naziv joj potječe od činjenice da je kalup koji se koristi za oblikovanje uzoraka izrađen od PDMS-a (polidimetilsiloksana), elastičnog materijala, a ne od konvencionalnih krutih materijala. PDMS koji se koristi kao kalup ima nisku površinsku energiju i kemijski je stabilan, pa ne reagira lako s materijalom na koji se uzorak prenosi i lako se odvaja nakon prijenosa. Nadalje, nudi izvrsnu propusnost plinova i toplinsku stabilnost, pružajući razne procesne prednosti, te se široko koristi u laboratorijima koji istražuju nanostrukture.
Taloženje iz parne faze je proces u kojem se formira tanki film rastom željenog materijala na podlozi. Jednostavno rečeno, može se usporediti s procesom nakupljanja snijega zimi. Metode taloženja iz parne faze široko se kategoriziraju u kemijsko taloženje iz parne faze (CVD) i fizičko taloženje iz parne faze (PVD). Kod kemijskog taloženja iz parne faze, materijal koji se uzgaja na podlozi dovodi se u plinovitom stanju; ovaj materijal zatim difundira na površinu podloge, gdje prolazi kroz kemijsku reakciju i formira tanki film. Nakon što se tanki film formira, preostali materijal se odvaja od podloge i vraća se u plinovito stanje. Fizičko taloženje iz parne faze uključuje primjenu energije na materijal koji se koristi za formiranje tankog filma, fizičko odvajanje atoma ili molekula, a zatim njihovo taloženje na podlogu. Raspršivanje, reprezentativan primjer, je proces u kojem se čestice visoke energije sudaraju s metom, uzrokujući izbacivanje atoma ili molekula i taloženje na podlogu.
Nasuprot tome, samosastavljanje - za razliku od ranije uvedenih procesa - ne uključuje izravno vanjsko oblikovanje strukture; već je to proces u kojem se komponente same sastavljaju vlastitim silama kako bi formirale strukturu. Ovaj fenomen se također često opaža u biološkim procesima poput sinteze proteina. Međutim, na trenutnoj razini tehnologije postoje ograničenja u usporedbi s ranije uvedenim procesima u smislu ostvarivanja namjeravanih struktura s visokom točnošću i niskom stopom nedostataka. Ipak, smatra se ključnom tehnologijom za izradu trodimenzionalnih nanostruktura i za ostvarivanje struktura sposobnih za samoobnavljanje i samoreplikaciju, te se očekuje da će igrati ključnu ulogu u budućim procesima nanofabrikacije.
