17 feb. 1999
2 minuten
Het begint met één achtvlaks structuur, octahedron, en na vier stappen zijn het er al 625. Bij elke stap ontstaat op elk hoekpunt een nieuw octahedron. Zo ontstaat een fascinerend 3D fractal bouwwerk op micro- en nanoschaal, dat bijvoorbeeld geschikt is voor high performance filters.
In een fractal kan een geometrische figuur zich tot in het oneindige herhalen. Zoom je erop in, dan zie je steeds dezelfde structuur terug. Een ruimtelijke fractal heeft als groot voordeel dat het effectieve oppervlak met elke verkleiningsstap toeneemt en de ruimte tegelijk optimaal wordt benut. In het geval van de octahedra is het uiteindelijke bouwwerk niet veel groter dan het initiële octahedron, maar het effectieve oppervlak is wel met een factor 6,5 toegenomen. De kleinste octahedra hebben afmetingen van 300 nanometer en op de hoekpunten een gaatje van 100 nanometer in diameter. Met 625 van deze nanoporiën op een beperkt oppervlak ontstaat bijvoorbeeld een zeer effectief filter, met zeer weinig stromingsweerstand. Ook zijn de octahedra toe te passen als kooitjes, om levende cellen te vangen en de interactie te onderzoeken met cellen in naburige octahedra. En wat gebeurt er als je licht in de structuur stuurt? Op tal van gebieden liggen mogelijkheden.
Corner lithography
Om de herhaalde driedimensionale structuur te kunnen maken, gebruiken de onderzoekers de in eigen huis ontwikkelde techniek van ‘corner lithography’. Eerst wordt een piramidevorm geëtst in silicium. Vervolgens wordt een laagje siliciumnitride aangebracht. Wordt dit vervolgens weer weggehaald, dan blijft in het hoekpunt een beetje siliciumnitride achter, als een soort ‘stop’. Wordt die ook verwijderd, dan kan via het ontstane gaatje verder geëtst worden. Langs de kristalvlakken van het silicium vormt zich vanzelf de achthoekige ruimtelijke vorm: ‘auto alignment’.
In elk hoekpunt wordt weer siliciumnitride aangebracht, en het proces herhaalt zich. In iedere richting vouwt zich automatisch de nieuwe structuur uit, de grootte van de nieuwe octahedra is afhankelijk van de etsduur. Van micrometers ontwikkelt de structuur zich zo naar nanometers. Een van de grote voordelen is dat geen complexe technologie nodig is om bijvoorbeeld de poriën één voor één te maken. De fractals kunnen met miljoenen parallel op een wafer worden gemaakt, ieder met 625 poriën tegelijk. Het aantal stappen is nog wel groter te maken dan vier, maar dit stelt wel hogere eisen aan de technologie en de precisie van het etsproces.
Het onderzoek is uitgevoerd in de groep Transducers Science and Technology, die deel uitmaakt van het Mesa+ Instituut voor Nanotechnologie van de UT. de onderzoekers van publiceren de vinding in het Journal of Micromechanics and Microengineering.
Het artikel ‘Fabrication of 3D fractal structures using nanoscale anisotropic etching of single crystalline silicon‘ door Erwin Berenschot, Henri Jansen en Niels Tas, staat op de cover van het meinummer van het Journal of Micromechanics and Microengineering. .
Anderen lazen ook
