Šiame tinklaraščio įraše nagrinėsime nanogamybos procesų koncepciją – nanotechnologijų pagrindą – taip pat tipinius procesų metodus ir kiekvienos technologijos savybes.
Įsivaizduokite kubą. Mažėjant vienos briaunos ilgiui, paviršiaus ir tūrio santykis didėja eksponentiškai, o mikroskopiniame pasaulyje atsiranda įvairių reiškinių, kurie makroskopiniame pasaulyje nepastebimi. Norint ištirti šias charakteristikas, būtini labai tikslūs stebėjimo metodai. Anksčiau dėl optinių mikroskopų apribojimų buvo galima analizuoti tik mikrometrų dydžio struktūras. Tačiau tobulėjant mokslui ir technologijoms, įskaitant elektroninius mikroskopus, tapo įmanoma stebėti net ir nanometrų dydžio struktūras, todėl šioje srityje vyksta aktyvūs tyrimai. Šiuo metu įvairiose srityse, tokiose kaip elektronika ir informacinės bei ryšių technologijos, biotechnologijos, aplinkosauga ir energetika, gynyba ir aviacija, atliekami tyrimai, siekiant išnaudoti mikroskopinio pasaulio charakteristikas.
Nanofabrikacija (Nanofab) paprastai reiškia visus procesus, susijusius su masine struktūrų, kurių dydis svyruoja nuo 1 nm iki 100 nm, gamyba. Tokių nanostruktūrų gamybai reikalingas kitoks požiūris nei tradiciniai metodai, naudojami mikrometrų ar ilgesnių struktūrų, tokių kaip vamzdžiai, apdorojimui. Dėl šios priežasties nanofabrikacijos technologija įsitvirtino kaip pagrindinė nanotechnologijų technologija, apimanti maždaug 1–100 nm diapazoną. Galutinis nanofabrikacijos technologijos tikslas – lengvai ir ekonomiškai masiškai gaminti norimas nanostruktūras.
Iki šiol sukurti nanogamybos procesai plačiai skirstomi į „iš viršaus į apačią“ ir „iš apačios į viršų“ metodus. „Iš viršaus į apačią“ metodas apima laipsnišką birių medžiagų rafinavimą, siekiant sukurti norimas nanostruktūras; tai yra tikslesnė esamų mikrogamybos technologijų evoliucija. Tipiški pavyzdžiai yra fotolitografija ir minkštoji litografija. Priešingai, „iš apačios į viršų“ metodai yra technologijos, kurios formuoja struktūras atominiu arba molekuliniu lygmeniu, pagrįstos cheminiais procesais. Garinis nusodinimas ir savaiminis surinkimas yra tipiški „iš apačios į viršų“ procesai.
Fotolitografija yra tipiškas nanotechnologijos procesas, kurio metu naudojamas jautrus šviesai polimeras (fotorezistas, PR), reaguojantis į specifinius bangos ilgius, tokius kaip ultravioletinė šviesa, kaukės raštui perkelti ant silicio pagrindo. Terminas „litografija“ kilęs iš iškiliosios spaudos ir reiškia norimų struktūrų formavimo metodą naudojant kaukę. Čia kaukė reiškia trafaretą, naudojamą norimam raštui suformuoti ant pagrindo. Šiame procese skiriamoji geba – mažiausias dydis, kurį galima pasiekti ant pagrindo – yra labai svarbus veiksnys. Optiniu būdu pagrįsta litografija susiduria su esminiais skiriamosios gebos apribojimais dėl šviesos difrakcijos. Nors dauguma šiuo metu gaminamų puslaidininkių yra gaminami naudojant šį fotolitografijos metodą, įprastinio metodo apribojimai tampa vis akivaizdesni, nes puslaidininkių integracijos tankis toliau didėja; todėl aktyviai tiriami įvairūs procesai, skirti jį pakeisti arba papildyti.
Minkšta litografija yra „iš viršaus į apačią“ procesas, kuris, kartu su fotolitografija, sulaukia didelio dėmesio. Jos pavadinimas kilęs iš to, kad raštams formuoti naudojama forma yra pagaminta iš PDMS (polidimetilsiloksano) – elastingos medžiagos, o ne iš įprastų standžių medžiagų. Kaip forma naudojama PDMS turi mažą paviršiaus energiją ir yra chemiškai stabili, todėl lengvai nereaguoja su medžiaga, ant kurios bus perkeliamas raštas, ir ją galima lengvai atskirti po perkėlimo. Be to, ji pasižymi puikiu dujų pralaidumu ir terminiu stabilumu, o tai suteikia įvairių proceso pranašumų, ir yra plačiai naudojama laboratorijose, tiriančiose nanostruktūras.
Garinis nusodinimas – tai procesas, kurio metu ant pagrindo užauginant norimą medžiagą, suformuojama plona plėvelė. Paprastai tariant, jį galima palyginti su sniego kaupimosi žiemą procesu. Garinio nusodinimo metodai plačiai skirstomi į cheminį garinį nusodinimą (CVD) ir fizikinį garinį nusodinimą (PVD). Cheminio garinio nusodinimo metu ant pagrindo auginama medžiaga tiekiama dujinėje būsenoje; ši medžiaga difunduoja į pagrindo paviršių, kur vyksta cheminė reakcija ir susidaro plona plėvelė. Suformavus ploną plėvelę, likusi medžiaga atsiskiria nuo pagrindo ir vėl išleidžiama į dujinę būseną. Fizinis garinis nusodinimas apima energijos taikymą medžiagai, naudojamai plonai plėvelei suformuoti, fizinį atomų ar molekulių atskyrimą ir jų nusodinimą ant pagrindo. Tipinis pavyzdys – dulkių išpurškimas – tai procesas, kurio metu didelės energijos dalelės susiduria su taikiniu, todėl atomai ar molekulės yra išmetami ir nusėda ant pagrindo.
Priešingai, savaiminis surinkimas, skirtingai nei anksčiau pristatyti procesai, neapima tiesioginio išorinio struktūros formavimo; tai yra procesas, kurio metu komponentai patys susirenka veikiami savo jėgų ir sudaro struktūrą. Šis reiškinys taip pat dažnai stebimas biologiniuose procesuose, tokiuose kaip baltymų sintezė. Tačiau dabartiniu technologijų lygiu, palyginti su anksčiau pristatytais procesais, yra apribojimų, susijusių su numatytų struktūrų realizavimu dideliu tikslumu ir mažu defektų skaičiumi. Nepaisant to, tai laikoma labai svarbia technologija trimačių nanostruktūrų gamybai ir struktūrų, galinčių savaime atsistatyti ir save replikuoti, realizavimui, ir tikimasi, kad ji atliks pagrindinį vaidmenį būsimuose nanogamybos procesuose.
