p Uma equipe multi-institucional de engenheiros desenvolveu uma nova abordagem para a fabricação de nanoestruturas para as indústrias de semicondutores e armazenamento magnético. Esta abordagem combina a tecnologia de impressão a jato de tinta avançada de cima para baixo com uma abordagem de baixo para cima que envolve a automontagem de copolímeros em bloco, um tipo de material que pode formar estruturas ultrafinas espontaneamente. p O time, consistindo de nove pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, a Universidade de Chicago e a Universidade Hanyang na Coréia, foi capaz de aumentar a resolução de sua fabricação de estrutura intrincada de aproximadamente 200 nanômetros para aproximadamente 15 nanômetros. Um nanômetro é um bilionésimo de um metro, a largura de uma molécula de DNA de fita dupla.

p A capacidade de fabricar nanoestruturas de polímeros, DNA, proteínas e outros materiais "macios" têm o potencial de permitir novas classes de eletrônicos, dispositivos de diagnóstico e sensores químicos. O desafio é que muitos desses materiais são fundamentalmente incompatíveis com os tipos de técnicas litográficas tradicionalmente usadas na indústria de circuitos integrados.

p As técnicas de impressão a jato de tinta de resolução ultra-alta recentemente desenvolvidas têm algum potencial, com resolução demonstrada de até 100-200 nanômetros, mas existem desafios significativos para alcançar a verdadeira dimensão em nanoescala. "Nosso trabalho demonstra que os processos de automontagem de polímeros podem fornecer uma maneira de contornar essa limitação, "disse John Rogers, o professor da cadeira Swanlund em ciência e engenharia de materiais em Illinois.

p Rogers e seus associados relatam suas descobertas na edição de setembro da Nature Nanotechnology . A combinação de impressão a jato com copolímeros de bloco de automontagem permitiu que os engenheiros obtivessem uma resolução muito maior, como sugerido pelo autor principal Serdar Onses, um cientista pós-doutorado em Illinois. Onses obteve seu doutorado na Universidade de Wisconsin com Paul Nealey, agora o Brady W. Dougan Professor em Engenharia Molecular na UChicago e um co-autor do artigo da Nature Nanotechnology. "Este conceito acabou sendo muito útil, "Rogers disse.

p Os engenheiros usam materiais de automontagem para aumentar os processos fotolitográficos tradicionais que geram padrões para muitas aplicações tecnológicas. Eles primeiro criam um padrão topográfico ou químico usando processos tradicionais. Para o artigo da Nature Nanotechnology, isso foi feito no imec na Bélgica, um centro independente de pesquisa em nanoeletrônica. O laboratório de Nealey foi o pioneiro neste processo de automontagem dirigida de copolímeros em bloco usando nanopadrões químicos.

p Aproximando-se dos limites

p A resolução do padrão químico se aproxima do limite atual da fotolitografia tradicional, observou Lance Williamson, um estudante de graduação em engenharia molecular na UChicago e co-autor do artigo da Nature Nanotechnology. “O Imec tem a capacidade de realizar fotolitografia nesta escala em grandes áreas com alta precisão, "Williamson disse.

p De volta à Universidade de Illinois, os engenheiros colocam um copolímero em bloco sobre esse padrão. O copolímero em bloco se auto-organiza, direcionado pelo modelo subjacente para padrões de formulário que estão em uma resolução muito mais alta do que o próprio modelo.

p Trabalhos anteriores focaram na deposição e montagem de filmes uniformes em cada wafer ou substrato, resultando em padrões com essencialmente apenas um tamanho de recurso característico e espaçamento entre recursos. Mas as aplicações práticas podem precisar de copolímeros em bloco de múltiplas dimensões padronizados ou posicionados espacialmente sobre um wafer.

p "Esta invenção, usar a impressão a jato de tinta para depositar diferentes filmes de copolímero em bloco com alta resolução espacial sobre o substrato, é altamente capacitador em termos de design e fabricação de dispositivos, pois você pode realizar diferentes estruturas dimensionais em uma única camada, "Nealey disse." Além disso, os diferentes padrões de dimensão podem, na verdade, ser direcionados para a montagem com os mesmos modelos ou com modelos diferentes em regiões diferentes. "

p Benefícios da impressão e-jet

p A forma avançada de impressão a jato de tinta que os engenheiros usam para depositar localmente copolímeros em bloco é chamada de eletro-hidrodinâmica, ou impressão e-jet. Funciona de forma muito semelhante às impressoras a jato de tinta que os funcionários de escritório usam para imprimir em papel. “A ideia é fluxo de materiais a partir de pequenas aberturas, exceto o e-jet é um especial, versão de alta resolução de impressoras a jato de tinta que podem imprimir recursos de até várias centenas de nanômetros, "Disse Onses. E porque o e-jet pode lidar naturalmente com tintas fluidas, é excepcionalmente adequado para padronizar suspensões de solução de nanotubos, nanocristais, nanofios e outros tipos de nanomateriais.

p “O aspecto mais interessante deste trabalho é a capacidade de combinar técnicas 'top down' de impressão a jato com processos 'bottom up' de automontagem, de uma forma que abre novos recursos em litografia - aplicável a materiais moles e duros, "Rogers disse.

p "As oportunidades estão na formação de estruturas padronizadas de nanomateriais para permitir sua integração em dispositivos reais. Estou otimista sobre as possibilidades."