Sa blog post na ito, susuriin natin ang konsepto ng mga proseso ng nanomanufacturing—ang pundasyon ng nanotechnology—pati na rin ang mga representatibong pamamaraan ng proseso at ang mga katangian ng bawat teknolohiya.
Isaalang-alang ang isang kubo. Habang lumiliit ang haba ng isang gilid, ang ratio ng surface-to-volume ay tumataas nang mabilis, at sa mikroskopikong mundo, lumilitaw ang iba't ibang penomena na hindi naoobserbahan sa mikroskopikong mundo. Upang mapag-aralan ang mga katangiang ito, mahalaga ang mga lubos na tumpak na pamamaraan ng pagmamasid. Noong nakaraan, dahil sa mga limitasyon ng mga optical microscope, tanging ang mga istruktura sa iskala ng micrometer ang maaaring masuri. Gayunpaman, sa mga pagsulong sa agham at teknolohiya—kabilang ang mga electron microscope—naging posible na obserbahan ang mga istrukturang kasingliit ng mga nanometer, na humahantong sa aktibong pananaliksik sa larangang ito. Sa kasalukuyan, isinasagawa ang pananaliksik sa iba't ibang larangan—tulad ng electronics at information and communications technology, biotechnology, kapaligiran at enerhiya, depensa, at aerospace—upang magamit ang mga katangian ng mikroskopikong mundo.
Ang Nanofabrication (Nanofab) sa pangkalahatan ay tumutukoy sa lahat ng prosesong kasangkot sa malawakang produksyon ng mga istruktura mula 1 nm hanggang 100 nm. Ang paggawa ng mga ganitong nanoscale na istruktura ay nangangailangan ng isang pamamaraan na naiiba sa mga tradisyonal na pamamaraan na ginagamit sa pagproseso ng mga istruktura—tulad ng mga tubo—na micrometer o mas mahaba pa ang haba. Dahil dito, ang teknolohiya ng nanofabrication ay itinatag ang sarili bilang isang pangunahing pundasyong teknolohiya ng nanotechnology, na sumasaklaw sa humigit-kumulang 1–100 nm na saklaw. Ang pangunahing layunin ng teknolohiya ng nanofabrication ay ang malawakang paggawa ng mga ninanais na nanostructure nang madali at matipid.
Ang mga proseso ng nanofabrication na binuo hanggang sa kasalukuyan ay malawak na ikinategorya sa mga pamamaraang top-down at bottom-up. Ang pamamaraang top-down ay kinabibilangan ng unti-unting pagpino ng mga bulk na materyales upang lumikha ng ninanais na mga nanostructure; ito ay kumakatawan sa isang mas tumpak na ebolusyon ng mga umiiral na teknolohiya ng microfabrication. Kabilang sa mga representatibong halimbawa ang photolithography at soft lithography. Sa kabaligtaran, ang mga pamamaraang bottom-up ay mga teknolohiyang bumubuo ng mga istruktura sa antas ng atomiko o molekular batay sa mga prosesong kemikal. Ang vapor deposition at self-assembly ay mga representatibong prosesong bottom-up.
Ang Photolithography ay isang kinatawan na proseso ng nanotechnology na gumagamit ng isang photosensitive polymer (photoresist, PR), na tumutugon sa mga partikular na wavelength tulad ng ultraviolet light, upang ilipat ang isang mask pattern papunta sa isang silicon substrate. Ang terminong "lithography" ay nagmula sa letterpress printing at tumutukoy sa isang paraan ng pagbuo ng mga ninanais na istruktura gamit ang isang mask. Dito, ang mask ay tumutukoy sa isang stencil na ginagamit upang mabuo ang ninanais na pattern sa substrate. Sa prosesong ito, ang resolution—ang pinakamaliit na laki na maaaring maisakatuparan sa substrate—ay isang kritikal na salik. Ang optically based lithography ay nahaharap sa mga pangunahing limitasyon sa resolution dahil sa diffraction ng liwanag. Bagama't karamihan sa mga semiconductor na kasalukuyang ginagawa ay ginagawa gamit ang photolithography method na ito, ang mga limitasyon ng conventional approach ay lalong nagiging maliwanag habang patuloy na tumataas ang semiconductor integration density; dahil dito, iba't ibang proseso upang palitan o kumpletuhin ito ay aktibong sinasaliksik.
Ang soft lithography ay isang prosesong top-down na, kasama ng photolithography, ay nakakakuha ng malaking atensyon. Ang pangalan nito ay nagmula sa katotohanan na ang molde na ginagamit sa pagbuo ng mga pattern ay gawa sa PDMS (polydimethylsiloxane), isang elastic na materyal, sa halip na mga kumbensyonal na matibay na materyales. Ang PDMS na ginagamit bilang molde ay may mababang surface energy at chemically stable, kaya hindi ito madaling mag-react sa materyal na ililipat ng pattern, at madali itong maihihiwalay pagkatapos ilipat. Bukod pa rito, nag-aalok ito ng mahusay na gas permeability at thermal stability, na nagbibigay ng iba't ibang bentahe sa proseso, at malawakang ginagamit sa mga laboratoryo na nagsasaliksik ng mga nanostructure.
Ang vapor deposition ay isang proseso na bumubuo ng manipis na pelikula sa pamamagitan ng pagpapatubo ng ninanais na materyal sa isang substrate. Sa madaling salita, maihahalintulad ito sa proseso ng pag-iipon ng niyebe sa taglamig. Ang mga pamamaraan ng vapor deposition ay malawak na ikinategorya sa chemical vapor deposition (CVD) at physical vapor deposition (PVD). Sa chemical vapor deposition, ang materyal na itatanim sa substrate ay ibinibigay sa isang gaseous state; ang materyal na ito ay kumakalat sa ibabaw ng substrate, kung saan ito ay sumasailalim sa isang kemikal na reaksyon upang bumuo ng isang manipis na pelikula. Matapos mabuo ang manipis na pelikula, ang natitirang materyal ay humihiwalay mula sa substrate at ibinabalik sa gaseous state. Ang physical vapor deposition ay kinabibilangan ng paglalapat ng enerhiya sa materyal na ginagamit upang mabuo ang manipis na pelikula, pisikal na paghihiwalay ng mga atomo o molekula, at pagkatapos ay pagdedeposito ng mga ito sa substrate. Ang sputtering, isang representatibong halimbawa, ay isang proseso kung saan ang mga high-energy particle ay bumangga sa isang target, na nagiging sanhi ng pagtalsik at pagdedeposito ng mga atomo o molekula sa substrate.
Sa kabaligtaran, ang self-assembly—hindi tulad ng mga prosesong ipinakilala kanina—ay hindi nagsasangkot ng direktang panlabas na paghubog ng istruktura; sa halip, ito ay isang proseso kung saan ang mga bahagi ay nagtitipon-tipon sa ilalim ng kanilang sariling mga puwersa upang bumuo ng isang istruktura. Ang penomenong ito ay karaniwang naoobserbahan din sa mga prosesong biyolohikal tulad ng synthesis ng protina. Gayunpaman, sa kasalukuyang antas ng teknolohiya, may mga limitasyon kumpara sa mga prosesong ipinakilala kanina sa mga tuntunin ng pagsasakatuparan ng mga nilalayong istruktura na may mataas na katumpakan at mababang antas ng depekto. Gayunpaman, ito ay itinuturing na isang mahalagang teknolohiya para sa paggawa ng mga three-dimensional nanostructure at para sa pagsasakatuparan ng mga istrukturang may kakayahang magpagaling sa sarili at mag-replika sa sarili, at inaasahang gaganap ito ng mahalagang papel sa mga proseso ng nanofabrication sa hinaharap.
