У овом блог посту, истражићемо концепт процеса нанопроизводње — темеља нанотехнологије — као и репрезентативне методе процеса и карактеристике сваке технологије.
Размотрите коцку. Како се дужина једне ивице смањује, однос површине и запремине експоненцијално расте, а у микроскопском свету се јављају разни феномени који се не примећују у макроскопском свету. Да би се проучиле ове карактеристике, неопходне су веома прецизне технике посматрања. У прошлости, због ограничења оптичких микроскопа, могле су се анализирати само структуре микрометарске скале. Међутим, са напретком науке и технологије – укључујући електронске микроскопе – постало је могуће посматрати структуре величине и до нанометара, што је довело до активних истраживања у овој области. Тренутно су истраживања у току у различитим областима – као што су електроника и информационо-комуникационе технологије, биотехнологија, животна средина и енергетика, одбрана и ваздухопловство – како би се искористиле карактеристике микроскопског света.
Нанофабрикација (Nanofab) се генерално односи на све процесе укључене у масовну производњу структура величине од 1 nm до 100 nm. Израда таквих наноструктура захтева приступ који се разликује од традиционалних метода које се користе за обраду структура - као што су цеви - које су микрометарске или дуже дужине. Из тог разлога, технологија нанофабрикације се етаблирала као основна технологија нанотехнологије, покривајући опсег од приближно 1–100 nm. Крајњи циљ технологије нанофабрикације је лака и економична масовна производња жељених наноструктура.
Процеси нанофабрикације развијени до данас се широко класификују у методе одозго надоле и одоздо нагоре. Метода одозго надоле подразумева прогресивно рафинирање расутих материјала како би се створиле жељене наноструктуре; она представља прецизнију еволуцију постојећих технологија микрофабрикације. Репрезентативни примери укључују фотолитографију и меку литографију. Насупрот томе, методе одоздо нагоре су технологије које формирају структуре на атомском или молекуларном нивоу на основу хемијских процеса. Таложење из парне фазе и самосклапање су репрезентативни процеси одоздо нагоре.
Фотолитографија је репрезентативни нанотехнолошки процес који користи фотосензитивни полимер (фоторезист, PR), који реагује на одређене таласне дужине као што је ултраљубичаста светлост, да би пренео шаблон маске на силицијумску подлогу. Термин „литографија“ потиче из високе штампе и односи се на метод формирања жељених структура помоћу маске. Овде се маска односи на шаблон који се користи за формирање жељеног шаблона на подлози. У овом процесу, резолуција – најмања величина која се може остварити на подлози – је критични фактор. Оптички заснована литографија суочава се са фундаменталним ограничењима у резолуцији због дифракције светлости. Иако се већина полупроводника који се тренутно производе производи коришћењем ове методе фотолитографије, ограничења конвенционалног приступа постају све очигледнија како густина интеграције полупроводника наставља да расте; сходно томе, активно се истражују различити процеси који би га заменили или допунили.
Мека литографија је процес одозго надоле који, заједно са фотолитографијом, привлачи значајну пажњу. Њено име потиче од чињенице да је калуп који се користи за формирање шаблона направљен од ПДМС-а (полидиметилсилоксана), еластичног материјала, а не од конвенционалних крутих материјала. ПДМС који се користи као калуп има ниску површинску енергију и хемијски је стабилан, тако да не реагује лако са материјалом на који се шаблон преноси и може се лако одвојити након преноса. Штавише, нуди одличну пропустљивост за гас и термичку стабилност, пружајући разне предности процеса, и широко се користи у лабораторијама које истражују наноструктуре.
Таложење из парне фазе је процес којим се формира танак филм растом жељеног материјала на подлози. Једноставно речено, може се упоредити са процесом накупљања снега зими. Методе таложења из парне фазе се широко категоришу на хемијско таложење из парне фазе (CVD) и физичко таложење из парне фазе (PVD). Код хемијског таложења из парне фазе, материјал који се гаји на подлози се доводи у гасовитом стању; овај материјал затим дифундује на површину подлоге, где пролази кроз хемијску реакцију да би се формирао танак филм. Након што се танак филм формира, преостали материјал се одваја од подлоге и враћа се у гасовито стање. Физичко таложење из парне фазе подразумева примену енергије на материјал који се користи за формирање танког филма, физичко раздвајање атома или молекула, а затим њихово таложење на подлогу. Распршивање, репрезентативан пример, је процес у коме се честице високе енергије сударају са метом, што узрокује избацивање атома или молекула и таложење на подлогу.
Насупрот томе, самосклапање – за разлику од процеса представљених раније – не укључује директно спољашње обликовање структуре; већ је то процес у којем се компоненте саме склапају сопственим силама да би формирале структуру. Овај феномен се такође често примећује у биолошким процесима као што је синтеза протеина. Међутим, на тренутном нивоу технологије, постоје ограничења у поређењу са процесима представљеним раније у смислу реализације намераваних структура са високом тачношћу и ниском стопом дефеката. Ипак, сматра се кључном технологијом за израду тродимензионалних наноструктура и за реализацију структура способних за самоизлечење и саморепликацију, и очекује се да ће играти кључну улогу у будућим процесима нанофабрикације.
