08 februari 2021 (Nanowerk-schijnwerper) Hedendaagse microtechnologie (die elementen van nano-elektronica bevat, aangezien de kenmerkafmetingen van transistors vaak kleiner zijn dan 10 nm) is nog steeds gebaseerd op conventionele methoden van maskergebaseerde lithografie. In dit proces worden de elektrische eigenschappen van transistorkanalen afgestemd door chemische modificatieprocessen, waardoor miljarden transistors per proces kunnen worden vervaardigd. Als we ons echter richten op nanomaterialen zoals grafeen en koolstofnanobuisjes, kunnen de traditionele methoden van lithografie resulteren in veel onzuiverheden, die de eigenschappen van deze materialen drastisch veranderen. Nieuwe maskerloze methoden zijn daarom zeer wenselijk voor de verwerking van nieuwe materialen. Onder verschillende directe schrijfmethoden, zoals elektronen- en ionenbundellithografie, is laserverwerking een snelgroeiend verwerkingsinstrument geworden in verschillende toepassingsgebieden. Nieuwe technologieën op basis van niet-lineaire effecten van bestraling zorgen voor fotochemische verwerking en 3D-printen van verschillende materialen, variërend van metalen tot biologische polymeren. Deze technologie wordt ondersteund door zowel ultrasnelle ontwikkeling van scansystemen (die de verwerking kunnen versnellen tot kilometers per seconde) als focustechnieken onder de diffractielimiet (bijv. STED-lithografie). Toch is het demonstreren van functionele ontwikkeling van elektronische apparaten op basis van volledig optische methoden nog steeds een uitdaging. Een team van onderzoekers uit Rusland en Spanje heeft een methode ontwikkeld om de opto-elektronische eigenschappen van enkelwandige koolstofnanobuisjes snel en nauwkeurig lokaal af te stemmen door gebruik te maken van ultrasnelle gepulste lasers. De methode is gebaseerd op gelokaliseerde oxidatie van koolstof nanobuisjes in twee fotonen wanneer de laser bestraalt met energieën ver onder de ablatiedrempel. Bij zulke lage energieën voorkomt de niet-lineaire fotochemische interactie van femtoseconde laser en koolstofatoomrooster thermische effecten.
Illustratie van lokale tweefotonmodificatie van een enkelwandige koolstofnanobuis door femtoseconde laser. (Afbeelding: Ivan Bobrinetskiy) Deze goedkope, gemakkelijke en veelzijdige directe patroontechniek op basis van femtoseconde (10-15 seconden) laserbewerking wordt toegepast op individuele enkelwandige koolstof nanobuis transistors om quasimetaal om te zetten in halfgeleidende nanobuisjes door zuurstofsoorten te enten en een vlakke overgang te vormen tussen ongerepte en gemodificeerde delen van een nanobuis om ultralage lichtintensiteiten te detecteren in een breedband lichtbereik. Het proces vereist slechts een enkele laserpuls en is daardoor ongekend snel. Het onderzoeksteam heeft hun bevindingen gerapporteerd in Geavanceerde elektronische materialen ("Individuele SWCNT-transistor met fotogevoelige vlakke overgang veroorzaakt door twee-fotonoxidatie" Om de prestaties van deze methode te demonstreren, creëerden de onderzoekers een enkelwandige koolstof nanobuisdetector (SWCNT), die een hoge gevoeligheid biedt voor zichtbare optische straling in combinatie met een snelle respons. De gefabriceerde vlakke overgang in de nanobuis verandert zijn geleidbaarheid onder optische straling en maakt het mogelijk om een enkele puls te detecteren met een duur van 300 femtoseconden met een vermogen tot 0.2 mW / cm2, wat overeenkomt met de kracht van optische vezelsystemen in de moderne telecommunicatie.
Enkelwandige koolstofnanobuisjes met fs-laser gemodificeerd centraal gebied en elektrische karakteristiek van gevormde junctie in koolstofnanobuisjes onder verschillende lichtgolflengten. (Overgenomen met toestemming van Wiley-VCH Verlag) (klik op de afbeelding om te vergroten) Het belangrijkste voordeel van een puur optische technologie is de mogelijkheid van toekomstige miniaturisatie en de integratie ervan op een chip die compatibel is met conventionele fabricagetechnologieën voor micro-elektronica, wat de weg vrijmaakt voor on- afstemming op locatie van de optische en elektronische eigenschappen van fotonische apparaten.
Een exclusieve Nanowerk geleverd door National Research University of Electronic Technology
Word een Spotlight-gastauteur! Sluit je aan bij onze grote en groeiende groep gastbijdragers. Heb je net een wetenschappelijk artikel gepubliceerd of heb je andere opwindende ontwikkelingen om te delen met de nanotechnologie-gemeenschap? Hier leest u hoe u op nanowerk.com publiceert.
