Šajā emuāra ierakstā mēs izpētīsim nanoražošanas procesu koncepciju — nanotehnoloģiju pamatu —, kā arī reprezentatīvas procesu metodes un katras tehnoloģijas raksturlielumus.
Apsveriet kubu. Samazinoties vienas malas garumam, virsmas un tilpuma attiecība eksponenciāli palielinās, un mikroskopiskajā pasaulē rodas dažādas parādības, kas nav novērojamas makroskopiskajā pasaulē. Lai pētītu šīs īpašības, ir nepieciešamas ļoti precīzas novērošanas metodes. Agrāk optisko mikroskopu ierobežojumu dēļ varēja analizēt tikai mikrometru mēroga struktūras. Tomēr, attīstoties zinātnei un tehnoloģijām, tostarp elektronmikroskopiem, ir kļuvis iespējams novērot pat tik mazas struktūras kā nanometri, kas ir veicinājis aktīvus pētījumus šajā jomā. Pašlaik pētījumi notiek dažādās jomās, piemēram, elektronikā un informācijas un komunikāciju tehnoloģijās, biotehnoloģijā, vides un enerģētikas, aizsardzības un kosmosa jomā, lai izmantotu mikroskopiskās pasaules īpašības.
Nanofabrikācija (Nanofab) parasti attiecas uz visiem procesiem, kas saistīti ar 1 nm līdz 100 nm lielu struktūru masveida ražošanu. Šādu nanoskalas struktūru izgatavošanai nepieciešama pieeja, kas atšķiras no tradicionālajām metodēm, ko izmanto, lai apstrādātu struktūras, piemēram, caurules, kuru garums ir mikrometri vai garākas. Šī iemesla dēļ nanofabrikācijas tehnoloģija ir kļuvusi par nanotehnoloģiju pamattehnoloģiju, aptverot aptuveni 1–100 nm diapazonu. Nanofabricācijas tehnoloģijas galvenais mērķis ir viegli un ekonomiski masveidā ražot vēlamās nanostruktūras.
Līdz šim izstrādātie nanofabricācijas procesi tiek plaši iedalīti metodēs no augšas uz leju un no apakšas uz augšu. No augšas uz leju metode ietver pakāpenisku beramkravu materiālu rafinēšanu, lai izveidotu vēlamās nanostruktūras; tā atspoguļo precīzāku esošo mikrofabricēšanas tehnoloģiju evolūciju. Tipiski piemēri ir fotolitogrāfija un mīkstā litogrāfija. Turpretī no apakšas uz augšu metodes ir tehnoloģijas, kas veido struktūras atomu vai molekulu līmenī, pamatojoties uz ķīmiskiem procesiem. Tvaika uzklāšana un pašsalikšanās ir reprezentatīvi procesi no apakšas uz augšu.
Fotolitogrāfija ir reprezentatīvs nanotehnoloģijas process, kurā izmanto gaismjutīgu polimēru (fotorezistoru, PR), kas reaģē uz noteiktiem viļņu garumiem, piemēram, ultravioleto gaismu, lai pārnestu maskas rakstu uz silīcija substrāta. Termins "litogrāfija" cēlies no iespieddrukas un attiecas uz metodi vēlamo struktūru veidošanai, izmantojot masku. Šeit maska attiecas uz trafaretu, ko izmanto, lai izveidotu vēlamo rakstu uz substrāta. Šajā procesā izšķirtspēja — mazākais izmērs, ko var realizēt uz substrāta — ir kritisks faktors. Optiski balstīta litogrāfija saskaras ar fundamentāliem izšķirtspējas ierobežojumiem gaismas difrakcijas dēļ. Lai gan lielākā daļa pašlaik ražoto pusvadītāju tiek ražoti, izmantojot šo fotolitogrāfijas metodi, tradicionālās pieejas ierobežojumi kļūst arvien acīmredzamāki, jo pusvadītāju integrācijas blīvums turpina pieaugt; līdz ar to tiek aktīvi pētīti dažādi procesi, lai to aizstātu vai papildinātu.
Mīkstā litogrāfija ir process no augšas uz leju, kas līdzās fotolitogrāfijai piesaista ievērojamu uzmanību. Tās nosaukums cēlies no tā, ka veidne, ko izmanto rakstu veidošanai, ir izgatavota no PDMS (polidimetilsiloksāna), elastīga materiāla, nevis no parastajiem stingrajiem materiāliem. Kā veidnei izmantotajai PDMS ir zema virsmas enerģija un tā ir ķīmiski stabila, tāpēc tā viegli nereaģē ar materiālu, uz kura tiks pārnests raksts, un to var viegli atdalīt pēc pārneses. Turklāt tā piedāvā lielisku gāzu caurlaidību un termisko stabilitāti, kas nodrošina dažādas procesa priekšrocības, un to plaši izmanto laboratorijās, kurās tiek pētītas nanostruktūras.
Tvaika pārklāšana ir process, kurā, uzklājot vēlamo materiālu uz substrāta, tiek veidota plāna plēve. Vienkārši sakot, to var pielīdzināt sniega uzkrāšanās procesam ziemā. Tvaika pārklāšanas metodes tiek plaši iedalītas ķīmiskajā tvaika pārklāšanā (CVD) un fizikālajā tvaika pārklāšanā (PVD). Ķīmiskajā tvaika pārklāšanā materiāls, kas jāaudzē uz substrāta, tiek piegādāts gāzveida stāvoklī; šis materiāls pēc tam difundē uz substrāta virsmas, kur tas ķīmiski reaģē, veidojot plānu plēvi. Pēc plānās plēves izveidošanās atlikušais materiāls atdalās no substrāta un tiek izvadīts atpakaļ gāzveida stāvoklī. Fizikālā tvaika pārklāšana ietver enerģijas pielietošanu materiālam, ko izmanto plānās plēves veidošanai, atomu vai molekulu fizisku atdalīšanu un pēc tam to nogulsnēšanu uz substrāta. Izsmidzināšana, reprezentatīvs piemērs, ir process, kurā augstas enerģijas daļiņas saduras ar mērķi, izraisot atomu vai molekulu izmešanu un nogulsnēšanos uz substrāta.
Turpretī pašsalikšanās — atšķirībā no iepriekš ieviestajiem procesiem — neietver tiešu struktūras ārēju veidošanu; drīzāk tas ir process, kurā komponenti paši saliekas savu spēku ietekmē, veidojot struktūru. Šī parādība ir bieži novērojama arī bioloģiskajos procesos, piemēram, olbaltumvielu sintēzē. Tomēr pašreizējā tehnoloģiju līmenī, salīdzinot ar iepriekš ieviestajiem procesiem, pastāv ierobežojumi attiecībā uz paredzēto struktūru realizāciju ar augstu precizitāti un zemu defektu līmeni. Neskatoties uz to, tā tiek uzskatīta par izšķirošu tehnoloģiju trīsdimensiju nanostruktūru izgatavošanai un tādu struktūru realizācijai, kas spēj pašdziedēties un pašreplikēties, un tiek sagaidīts, ka tai būs izšķiroša loma nākotnes nanofabricēšanas procesos.
