Dalam catatan blog ini, kita akan meneroka konsep proses nanopembuatan—asas nanoteknologi—serta kaedah proses perwakilan dan ciri-ciri setiap teknologi.
Pertimbangkan sebuah kubus. Apabila panjang satu sisi berkurangan, nisbah permukaan-kepada-isipadu meningkat secara eksponen, dan dalam dunia mikroskopik, pelbagai fenomena muncul yang tidak diperhatikan dalam dunia makroskopik. Untuk mengkaji ciri-ciri ini, teknik pemerhatian yang sangat tepat adalah penting. Pada masa lalu, disebabkan oleh batasan mikroskop optik, hanya struktur pada skala mikrometer yang boleh dianalisis. Walau bagaimanapun, dengan kemajuan dalam sains dan teknologi—termasuk mikroskop elektron—adalah mungkin untuk memerhatikan struktur sekecil nanometer, yang membawa kepada penyelidikan aktif dalam bidang ini. Pada masa ini, penyelidikan sedang dijalankan dalam pelbagai bidang—seperti elektronik dan teknologi maklumat dan komunikasi, bioteknologi, alam sekitar dan tenaga, pertahanan, dan aeroangkasa—untuk memanfaatkan ciri-ciri dunia mikroskopik.
Nanofabrikasi (Nanofab) secara amnya merujuk kepada semua proses yang terlibat dalam pengeluaran besar-besaran struktur antara 1 nm hingga 100 nm. Pembuatan struktur nano sedemikian memerlukan pendekatan yang berbeza daripada kaedah tradisional yang digunakan untuk memproses struktur—seperti paip—yang berukuran mikrometer atau lebih panjang. Atas sebab ini, teknologi nanofabrikasi telah mengukuhkan kedudukannya sebagai teknologi asas teras nanoteknologi, meliputi julat kira-kira 1–100 nm. Matlamat utama teknologi nanofabrikasi adalah untuk menghasilkan struktur nano yang dikehendaki secara besar-besaran dengan mudah dan menjimatkan.
Proses nanofabrikasi yang dibangunkan setakat ini secara amnya dikategorikan kepada kaedah atas ke bawah dan bawah ke atas. Kaedah atas ke bawah melibatkan penapisan bahan pukal secara progresif untuk mencipta struktur nano yang diingini; ia mewakili evolusi teknologi mikrofabrikasi sedia ada yang lebih tepat. Contoh perwakilan termasuk fotolitografi dan litografi lembut. Sebaliknya, kaedah bawah ke atas ialah teknologi yang membentuk struktur pada peringkat atom atau molekul berdasarkan proses kimia. Pemendapan wap dan pemasangan kendiri ialah proses bawah ke atas yang mewakili.
Fotolitografi ialah proses nanoteknologi perwakilan yang menggunakan polimer fotosensitif (fotoresist, PR), yang bertindak balas terhadap panjang gelombang tertentu seperti cahaya ultraungu, untuk memindahkan corak topeng ke atas substrat silikon. Istilah "litografi" berasal daripada percetakan huruf dan merujuk kepada kaedah membentuk struktur yang diingini menggunakan topeng. Di sini, topeng merujuk kepada stensil yang digunakan untuk membentuk corak yang diingini pada substrat. Dalam proses ini, resolusi—saiz terkecil yang boleh direalisasikan pada substrat—adalah faktor kritikal. Litografi berasaskan optik menghadapi batasan asas dalam resolusi disebabkan oleh pembelauan cahaya. Walaupun kebanyakan semikonduktor yang sedang dalam pengeluaran dihasilkan menggunakan kaedah fotolitografi ini, batasan pendekatan konvensional menjadi semakin jelas apabila ketumpatan integrasi semikonduktor terus meningkat; akibatnya, pelbagai proses untuk menggantikan atau melengkapinya sedang dikaji secara aktif.
Litografi lembut merupakan proses dari atas ke bawah yang, bersama-sama dengan fotolitografi, menarik perhatian yang ketara. Namanya berasal daripada fakta bahawa acuan yang digunakan untuk membentuk corak diperbuat daripada PDMS (polidimetilsiloksana), bahan elastik, dan bukannya bahan tegar konvensional. PDMS yang digunakan sebagai acuan mempunyai tenaga permukaan yang rendah dan stabil secara kimia, jadi ia tidak mudah bertindak balas dengan bahan yang akan dipindahkan coraknya, dan ia boleh diasingkan dengan mudah selepas pemindahan. Tambahan pula, ia menawarkan kebolehtelapan gas dan kestabilan haba yang sangat baik, memberikan pelbagai kelebihan proses, dan digunakan secara meluas dalam makmal yang menyelidik struktur nano.
Pemendapan wap ialah proses yang membentuk filem nipis dengan menumbuhkan bahan yang dikehendaki ke atas substrat. Secara ringkasnya, ia boleh disamakan dengan proses salji yang terkumpul pada musim sejuk. Kaedah pemendapan wap secara amnya dikategorikan kepada pemendapan wap kimia (CVD) dan pemendapan wap fizikal (PVD). Dalam pemendapan wap kimia, bahan yang akan ditumbuhkan pada substrat dibekalkan dalam keadaan gas; bahan ini kemudiannya meresap ke permukaan substrat, di mana ia menjalani tindak balas kimia untuk membentuk filem nipis. Selepas filem nipis terbentuk, bahan yang tinggal terpisah daripada substrat dan diudarakan kembali ke keadaan gas. Pemendapan wap fizikal melibatkan penggunaan tenaga pada bahan yang digunakan untuk membentuk filem nipis, memisahkan atom atau molekul secara fizikal, dan kemudian memendapkannya ke atas substrat. Percikan, contoh yang representatif, ialah proses di mana zarah bertenaga tinggi berlanggar dengan sasaran, menyebabkan atom atau molekul terkeluar dan memendap ke atas substrat.
Sebaliknya, pemasangan kendiri—tidak seperti proses yang diperkenalkan sebelum ini—tidak melibatkan pembentukan luaran struktur secara langsung; sebaliknya, ia adalah proses di mana komponen memasang diri mereka sendiri di bawah daya mereka sendiri untuk membentuk struktur. Fenomena ini juga lazimnya diperhatikan dalam proses biologi seperti sintesis protein. Walau bagaimanapun, pada tahap teknologi semasa, terdapat batasan berbanding proses yang diperkenalkan sebelum ini dari segi merealisasikan struktur yang dimaksudkan dengan ketepatan yang tinggi dan kadar kecacatan yang rendah. Walau bagaimanapun, ia dianggap sebagai teknologi penting untuk menghasilkan struktur nano tiga dimensi dan untuk merealisasikan struktur yang mampu menyembuhkan diri dan mereplikasi diri, dan ia dijangka memainkan peranan penting dalam proses nanofabrikasi masa hadapan.
