Dalam postingan blog ini, kita akan mengeksplorasi konsep proses nanomanufaktur—dasar dari nanoteknologi—serta metode proses representatif dan karakteristik dari setiap teknologi.
Pertimbangkan sebuah kubus. Saat panjang salah satu sisinya berkurang, rasio luas permukaan terhadap volume meningkat secara eksponensial, dan di dunia mikroskopis, berbagai fenomena muncul yang tidak diamati di dunia makroskopis. Untuk mempelajari karakteristik ini, teknik pengamatan yang sangat presisi sangat penting. Di masa lalu, karena keterbatasan mikroskop optik, hanya struktur pada skala mikrometer yang dapat dianalisis. Namun, dengan kemajuan dalam sains dan teknologi—termasuk mikroskop elektron—kini dimungkinkan untuk mengamati struktur sekecil nanometer, yang mengarah pada penelitian aktif di bidang ini. Saat ini, penelitian sedang dilakukan di berbagai bidang—seperti elektronika dan teknologi informasi dan komunikasi, bioteknologi, lingkungan dan energi, pertahanan, dan kedirgantaraan—untuk memanfaatkan karakteristik dunia mikroskopis.
Nanofabrikasi (Nanofab) secara umum merujuk pada semua proses yang terlibat dalam produksi massal struktur dengan ukuran mulai dari 1 nm hingga 100 nm. Pembuatan struktur skala nano tersebut membutuhkan pendekatan yang berbeda dari metode tradisional yang digunakan untuk memproses struktur—seperti pipa—yang berukuran mikrometer atau lebih panjang. Karena alasan ini, teknologi nanofabrikasi telah memantapkan dirinya sebagai teknologi dasar inti dari nanoteknologi, yang mencakup kisaran sekitar 1–100 nm. Tujuan utama teknologi nanofabrikasi adalah untuk memproduksi massal nanostruktur yang diinginkan dengan mudah dan ekonomis.
Proses nanofabrikasi yang telah dikembangkan hingga saat ini secara umum dikategorikan menjadi metode top-down dan bottom-up. Metode top-down melibatkan pemurnian material curah secara bertahap untuk menciptakan nanostruktur yang diinginkan; metode ini mewakili evolusi yang lebih presisi dari teknologi mikrofabrikasi yang sudah ada. Contoh representatifnya meliputi fotolitografi dan litografi lunak. Sebaliknya, metode bottom-up adalah teknologi yang membentuk struktur pada tingkat atom atau molekul berdasarkan proses kimia. Deposisi uap dan perakitan mandiri adalah contoh proses bottom-up.
Fotolitografi adalah proses nanoteknologi representatif yang menggunakan polimer fotosensitif (fotoresist, PR), yang bereaksi terhadap panjang gelombang tertentu seperti sinar ultraviolet, untuk mentransfer pola masker ke substrat silikon. Istilah "litografi" berasal dari percetakan letterpress dan mengacu pada metode pembentukan struktur yang diinginkan menggunakan masker. Di sini, masker mengacu pada stensil yang digunakan untuk membentuk pola yang diinginkan pada substrat. Dalam proses ini, resolusi—ukuran terkecil yang dapat direalisasikan pada substrat—merupakan faktor kritis. Litografi berbasis optik menghadapi keterbatasan mendasar dalam resolusi karena difraksi cahaya. Meskipun sebagian besar semikonduktor yang saat ini diproduksi dibuat menggunakan metode fotolitografi ini, keterbatasan pendekatan konvensional semakin terlihat jelas seiring dengan meningkatnya kepadatan integrasi semikonduktor; akibatnya, berbagai proses untuk menggantikan atau melengkapinya sedang aktif diteliti.
Litografi lunak adalah proses top-down yang, bersama dengan fotolitografi, menarik perhatian yang signifikan. Namanya berasal dari fakta bahwa cetakan yang digunakan untuk membentuk pola terbuat dari PDMS (polidimetilsiloksan), suatu material elastis, bukan material kaku konvensional. PDMS yang digunakan sebagai cetakan memiliki energi permukaan rendah dan stabil secara kimia, sehingga tidak mudah bereaksi dengan material tempat pola akan ditransfer, dan dapat dengan mudah dipisahkan setelah transfer. Selain itu, ia menawarkan permeabilitas gas dan stabilitas termal yang sangat baik, memberikan berbagai keuntungan proses, dan banyak digunakan di laboratorium yang meneliti nanostruktur.
Deposisi uap adalah proses pembentukan lapisan tipis dengan menumbuhkan material yang diinginkan di atas substrat. Sederhananya, proses ini dapat diibaratkan dengan proses penumpukan salju di musim dingin. Metode deposisi uap secara umum dikategorikan menjadi deposisi uap kimia (CVD) dan deposisi uap fisik (PVD). Dalam deposisi uap kimia, material yang akan ditumbuhkan pada substrat disuplai dalam keadaan gas; material ini kemudian berdifusi ke permukaan substrat, di mana ia mengalami reaksi kimia untuk membentuk lapisan tipis. Setelah lapisan tipis terbentuk, material yang tersisa terlepas dari substrat dan dikeluarkan kembali ke keadaan gas. Deposisi uap fisik melibatkan pemberian energi pada material yang digunakan untuk membentuk lapisan tipis, memisahkan atom atau molekul secara fisik, dan kemudian mendepositkannya ke substrat. Sputtering, sebagai contoh representatif, adalah proses di mana partikel berenergi tinggi bertabrakan dengan target, menyebabkan atom atau molekul terlempar dan dideposisikan ke substrat.
Sebaliknya, perakitan mandiri—tidak seperti proses yang diperkenalkan sebelumnya—tidak melibatkan pembentukan struktur eksternal secara langsung; melainkan, ini adalah proses di mana komponen-komponen menyusun diri mereka sendiri di bawah gaya mereka sendiri untuk membentuk suatu struktur. Fenomena ini juga umum diamati dalam proses biologis seperti sintesis protein. Namun, pada tingkat teknologi saat ini, terdapat keterbatasan dibandingkan dengan proses yang diperkenalkan sebelumnya dalam hal mewujudkan struktur yang diinginkan dengan akurasi tinggi dan tingkat cacat rendah. Meskipun demikian, ini dianggap sebagai teknologi penting untuk fabrikasi nanostruktur tiga dimensi dan untuk mewujudkan struktur yang mampu menyembuhkan diri sendiri dan bereplikasi sendiri, dan diharapkan akan memainkan peran penting dalam proses nanofabrikasi di masa depan.
