ഈ ബ്ലോഗ് പോസ്റ്റിൽ, നാനോ ടെക്നോളജിയുടെ അടിത്തറയായ നാനോ മാനുഫാക്ചറിംഗ് പ്രക്രിയകളുടെ ആശയം, അതുപോലെ തന്നെ പ്രാതിനിധ്യ പ്രക്രിയ രീതികളും ഓരോ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെയും സവിശേഷതകളും നമ്മൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യും.
ഒരു ക്യൂബിനെ പരിഗണിക്കുക. ഒരു അരികിന്റെ നീളം കുറയുമ്പോൾ, ഉപരിതല-വ്യാപ്ത അനുപാതം ക്രമാതീതമായി വർദ്ധിക്കുന്നു, കൂടാതെ സൂക്ഷ്മ ലോകത്ത്, മാക്രോസ്കോപ്പിക് ലോകത്ത് നിരീക്ഷിക്കപ്പെടാത്ത വിവിധ പ്രതിഭാസങ്ങൾ ഉയർന്നുവരുന്നു. ഈ സവിശേഷതകൾ പഠിക്കാൻ, വളരെ കൃത്യമായ നിരീക്ഷണ സാങ്കേതിക വിദ്യകൾ അത്യാവശ്യമാണ്. മുൻകാലങ്ങളിൽ, ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോസ്കോപ്പുകളുടെ പരിമിതികൾ കാരണം, മൈക്രോമീറ്റർ സ്കെയിലിലെ ഘടനകളെ മാത്രമേ വിശകലനം ചെയ്യാൻ കഴിയുമായിരുന്നുള്ളൂ. എന്നിരുന്നാലും, ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പുകൾ ഉൾപ്പെടെ ശാസ്ത്ര-സാങ്കേതിക മേഖലയിലെ പുരോഗതിയോടെ, നാനോമീറ്ററുകൾ പോലെ ചെറിയ ഘടനകളെ നിരീക്ഷിക്കാൻ സാധിച്ചു, ഇത് ഈ മേഖലയിൽ സജീവമായ ഗവേഷണത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. നിലവിൽ, സൂക്ഷ്മ ലോകത്തിന്റെ സവിശേഷതകൾ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഇലക്ട്രോണിക്സ്, ഇൻഫർമേഷൻ ആൻഡ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻസ് ടെക്നോളജി, ബയോടെക്നോളജി, പരിസ്ഥിതി, ഊർജ്ജം, പ്രതിരോധം, എയ്‌റോസ്‌പേസ് തുടങ്ങിയ വിവിധ മേഖലകളിൽ ഗവേഷണം നടക്കുന്നു.
1 nm മുതൽ 100 nm വരെയുള്ള ഘടനകളുടെ വൻതോതിലുള്ള ഉൽ‌പാദനത്തിൽ ഉൾപ്പെടുന്ന എല്ലാ പ്രക്രിയകളെയും നാനോഫാബ്രിക്കേഷൻ (നാനോഫാബ്) സാധാരണയായി സൂചിപ്പിക്കുന്നു. അത്തരം നാനോസ്കെയിൽ ഘടനകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന്, മൈക്രോമീറ്ററോ അതിൽ കൂടുതലോ നീളമുള്ള പൈപ്പുകൾ പോലുള്ള ഘടനകളെ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നതിന് ഉപയോഗിക്കുന്ന പരമ്പരാഗത രീതികളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായ ഒരു സമീപനം ആവശ്യമാണ്. ഇക്കാരണത്താൽ, നാനോഫാബ്രിക്കേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യ നാനോ ടെക്നോളജിയുടെ ഒരു പ്രധാന അടിസ്ഥാന സാങ്കേതികവിദ്യയായി സ്വയം സ്ഥാപിച്ചു, ഇത് ഏകദേശം 1–100 nm പരിധി ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. നാനോഫാബ്രിക്കേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ആത്യന്തിക ലക്ഷ്യം ആവശ്യമുള്ള നാനോസ്ട്രക്ചറുകൾ എളുപ്പത്തിലും സാമ്പത്തികമായും വൻതോതിൽ ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കുക എന്നതാണ്.
ഇന്നുവരെ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത നാനോഫാബ്രിക്കേഷൻ പ്രക്രിയകളെ വിശാലമായി മുകളിൽ നിന്ന് താഴേക്ക്, താഴെ നിന്ന് മുകളിലേയ്ക്ക് എന്നിങ്ങനെ തരം തിരിച്ചിരിക്കുന്നു. ആവശ്യമുള്ള നാനോസ്ട്രക്ചറുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് ബൾക്ക് മെറ്റീരിയലുകൾ ക്രമേണ പരിഷ്കരിക്കുന്നതാണ് ടോപ്പ്-ഡൗൺ രീതിയിൽ ഉൾപ്പെടുന്നത്; നിലവിലുള്ള മൈക്രോഫാബ്രിക്കേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യകളുടെ കൂടുതൽ കൃത്യമായ പരിണാമത്തെ ഇത് പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫി, സോഫ്റ്റ് ലിത്തോഗ്രാഫി എന്നിവ പ്രതിനിധാന ഉദാഹരണങ്ങളാണ്. ഇതിനു വിപരീതമായി, രാസ പ്രക്രിയകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ആറ്റോമിക് അല്ലെങ്കിൽ തന്മാത്രാ തലത്തിൽ ഘടനകൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്ന സാങ്കേതികവിദ്യകളാണ് ബോട്ടം-അപ്പ് രീതികൾ. നീരാവി നിക്ഷേപവും സ്വയം-അസംബ്ലിയും പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ബോട്ടം-അപ്പ് പ്രക്രിയകളാണ്.
ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫി എന്നത് ഒരു പ്രാതിനിധ്യ നാനോ ടെക്നോളജി പ്രക്രിയയാണ്, ഇത് ഒരു ഫോട്ടോസെൻസിറ്റീവ് പോളിമർ (ഫോട്ടോറെസിസ്റ്റ്, പിആർ) ഉപയോഗിച്ച് ഒരു മാസ്ക് പാറ്റേൺ ഒരു സിലിക്കൺ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിലേക്ക് മാറ്റുന്നു. "ലിത്തോഗ്രാഫി" എന്ന പദം ലെറ്റർപ്രസ് പ്രിന്റിംഗിൽ നിന്നാണ് ഉത്ഭവിച്ചത്, കൂടാതെ ഒരു മാസ്ക് ഉപയോഗിച്ച് ആവശ്യമുള്ള ഘടനകൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്ന ഒരു രീതിയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഇവിടെ, മാസ്ക് എന്നത് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ ആവശ്യമുള്ള പാറ്റേൺ രൂപപ്പെടുത്താൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു സ്റ്റെൻസിലിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയിൽ, റെസല്യൂഷൻ - സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ സാക്ഷാത്കരിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഏറ്റവും ചെറിയ വലിപ്പം - ഒരു നിർണായക ഘടകമാണ്. പ്രകാശത്തിന്റെ ഡിഫ്രാക്ഷൻ കാരണം ഒപ്റ്റിക്കലി അധിഷ്ഠിത ലിത്തോഗ്രാഫി റെസല്യൂഷനിൽ അടിസ്ഥാന പരിമിതികൾ നേരിടുന്നു. നിലവിൽ ഉൽ‌പാദനത്തിലുള്ള മിക്ക അർദ്ധചാലകങ്ങളും ഈ ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫി രീതി ഉപയോഗിച്ചാണ് നിർമ്മിക്കുന്നതെങ്കിലും, സെമികണ്ടക്ടർ ഇന്റഗ്രേഷൻ ഡെൻസിറ്റി വർദ്ധിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നതിനാൽ പരമ്പരാഗത സമീപനത്തിന്റെ പരിമിതികൾ കൂടുതൽ വ്യക്തമാവുകയാണ്; തൽഫലമായി, അത് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നതിനോ പൂരകമാക്കുന്നതിനോ ഉള്ള വിവിധ പ്രക്രിയകൾ സജീവമായി ഗവേഷണം നടത്തുന്നു.
സോഫ്റ്റ് ലിത്തോഗ്രാഫി ഒരു ടോപ്-ഡൌൺ പ്രക്രിയയാണ്, ഫോട്ടോലിത്തോഗ്രാഫിയോടൊപ്പം ഇത് ശ്രദ്ധേയമായ ശ്രദ്ധ ആകർഷിക്കുന്നു. പാറ്റേണുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന അച്ചിൽ പരമ്പരാഗത കർക്കശമായ വസ്തുക്കളേക്കാൾ ഇലാസ്റ്റിക് മെറ്റീരിയലായ PDMS (പോളിഡൈമെഥൈൽസിലോക്സെയ്ൻ) കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത് എന്ന വസ്തുതയിൽ നിന്നാണ് ഇതിന്റെ പേര് ഉരുത്തിരിഞ്ഞത്. ഒരു അച്ചായി ഉപയോഗിക്കുന്ന PDMS-ന് കുറഞ്ഞ ഉപരിതല ഊർജ്ജം മാത്രമേയുള്ളൂ, കൂടാതെ രാസപരമായി സ്ഥിരതയുള്ളതുമാണ്, അതിനാൽ പാറ്റേൺ കൈമാറ്റം ചെയ്യേണ്ട വസ്തുക്കളുമായി ഇത് പെട്ടെന്ന് പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്നില്ല, കൂടാതെ കൈമാറ്റം ചെയ്തതിനുശേഷം ഇത് എളുപ്പത്തിൽ വേർതിരിക്കാനും കഴിയും. കൂടാതെ, ഇത് മികച്ച വാതക പ്രവേശനക്ഷമതയും താപ സ്ഥിരതയും വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, ഇത് വിവിധ പ്രക്രിയ ഗുണങ്ങൾ നൽകുന്നു, കൂടാതെ നാനോസ്ട്രക്ചറുകളെ ഗവേഷണം ചെയ്യുന്ന ലബോറട്ടറികളിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.
ആവശ്യമുള്ള വസ്തു ഒരു അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് വളർത്തി നേർത്ത പാളി രൂപപ്പെടുത്തുന്ന ഒരു പ്രക്രിയയാണ് നീരാവി നിക്ഷേപം. ലളിതമായി പറഞ്ഞാൽ, ശൈത്യകാലത്ത് മഞ്ഞ് അടിഞ്ഞുകൂടുന്ന പ്രക്രിയയോട് ഇതിനെ ഉപമിക്കാം. നീരാവി നിക്ഷേപ രീതികളെ രാസ നീരാവി നിക്ഷേപം (CVD), ഭൗതിക നീരാവി നിക്ഷേപം (PVD) എന്നിങ്ങനെ വിശാലമായി തരം തിരിച്ചിരിക്കുന്നു. രാസ നീരാവി നിക്ഷേപത്തിൽ, അടിവസ്ത്രത്തിൽ വളർത്തേണ്ട വസ്തു വാതകാവസ്ഥയിലാണ് വിതരണം ചെയ്യുന്നത്; ഈ വസ്തു പിന്നീട് അടിവസ്ത്ര ഉപരിതലത്തിലേക്ക് വ്യാപിക്കുകയും അവിടെ ഒരു നേർത്ത പാളി രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തിന് വിധേയമാവുകയും ചെയ്യുന്നു. നേർത്ത ഫിലിം രൂപപ്പെട്ടതിനുശേഷം, ശേഷിക്കുന്ന വസ്തു അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിന്ന് വേർപെട്ട് വാതകാവസ്ഥയിലേക്ക് തിരികെ പുറന്തള്ളപ്പെടുന്നു. നേർത്ത ഫിലിം രൂപപ്പെടുത്താൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന പദാർത്ഥത്തിൽ ഊർജ്ജം പ്രയോഗിക്കുന്നതും ആറ്റങ്ങളെയോ തന്മാത്രകളെയോ ഭൗതികമായി വേർതിരിക്കുന്നതും തുടർന്ന് അവയെ അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിക്ഷേപിക്കുന്നതും ഭൗതിക നീരാവി നിക്ഷേപത്തിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. ഒരു പ്രതിനിധി ഉദാഹരണമായ സ്പട്ടറിംഗ് എന്നത് ഉയർന്ന ഊർജ്ജ കണികകൾ ഒരു ലക്ഷ്യവുമായി കൂട്ടിയിടിക്കുകയും ആറ്റങ്ങളെയോ തന്മാത്രകളെയോ പുറന്തള്ളുകയും അടിവസ്ത്രത്തിൽ നിക്ഷേപിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു പ്രക്രിയയാണ്.
ഇതിനു വിപരീതമായി, മുമ്പ് അവതരിപ്പിച്ച പ്രക്രിയകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, സ്വയം-അസംബ്ലിയിൽ ഘടനയുടെ നേരിട്ടുള്ള ബാഹ്യ രൂപീകരണം ഉൾപ്പെടുന്നില്ല; മറിച്ച്, ഘടകങ്ങൾ സ്വന്തം ശക്തികളുടെ കീഴിൽ ഒരു ഘടന രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിനായി സ്വയം ഒത്തുചേരുന്ന ഒരു പ്രക്രിയയാണിത്. പ്രോട്ടീൻ സിന്തസിസ് പോലുള്ള ജൈവ പ്രക്രിയകളിലും ഈ പ്രതിഭാസം സാധാരണയായി കാണപ്പെടുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ നിലവിലെ തലത്തിൽ, ഉയർന്ന കൃത്യതയോടും കുറഞ്ഞ വൈകല്യ നിരക്കോടും കൂടി ഉദ്ദേശിച്ച ഘടനകളെ യാഥാർത്ഥ്യമാക്കുന്നതിൽ നേരത്തെ അവതരിപ്പിച്ച പ്രക്രിയകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ പരിമിതികളുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, ത്രിമാന നാനോസ്ട്രക്ചറുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനും സ്വയം-രോഗശാന്തിക്കും സ്വയം-പകർപ്പിനും കഴിവുള്ള ഘടനകളെ യാഥാർത്ഥ്യമാക്കുന്നതിനും ഇത് ഒരു നിർണായക സാങ്കേതികവിദ്യയായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ ഭാവിയിലെ നാനോഫാബ്രിക്കേഷൻ പ്രക്രിയകളിൽ ഇത് ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.
