Pesquisadores da ARCNL descobriram uma maneira de detectar nanoestruturas enterradas sob muitas camadas de material opaco usando ondas sonoras de alta frequência induzidas pela luz. Suas descobertas podem ter aplicações na indústria de fabricação de semicondutores, como o alinhamento do wafer. Os pesquisadores também revelaram novos fenômenos interessantes em fotoacústica que não foram investigados antes. Seus resultados são publicados em Revisão Física Aplicada . O primeiro autor Stephen Edward defendeu com sucesso seu Ph.D. sobre este assunto em 18 de junho na Universidade de Amsterdã.

Na produção de chips e componentes de computador de última geração, As máquinas de nanolitografia imprimem várias camadas de estruturas de tamanho nano em um wafer. Para garantir que as camadas estejam alinhadas com precisão, os wafers contêm linhas gradeadas que agem como marcadores que indicam às máquinas onde imprimir. "Embora os marcadores de alinhamento sejam indispensáveis ​​na nanolitografia, eles ficam enterrados sob muitas camadas de material. Como essas camadas costumam ser opacas, é difícil usar luz para encontrar os marcadores e alinhar a máquina, "diz Stephen Edward, que realizou seu doutorado pesquisa no Grupo de Interação Light-Matter da ARCNL.

Muitos materiais opacos à luz transmitem ondas sonoras, que pode ser usado para visualizar o que está por baixo. O líder do grupo Paul Planken diz:"A maioria das pessoas está familiarizada com isso em uma situação médica. Os ecoscópios usam ondas sonoras de alta frequência que são refletidas dentro do corpo na interface de diferentes tecidos. As ondas sonoras refletidas são convertidas em um sinal elétrico para criar uma imagem. Enquanto este método contém detalhes suficientes para a maioria das aplicações médicas, de longe, não é detalhado o suficiente para um alinhamento preciso em nanolitografia. O tamanho dos recursos que podem ser discernidos com métodos ecoscópicos é inversamente proporcional à frequência. Então, para ser capaz de ver estruturas em nanoescala com som, precisamos de ondas sonoras com uma frequência muito mais alta. "

Planken, Edward e os co-autores sabiam que pulsos curtos de luz de um laser podem induzir essas ondas sonoras de alta frequência em um material opaco. "É um pouco como bater em uma porta, que faz com que as ondas sonoras viajem para o outro lado da porta, "diz Edward." Em nosso experimento, uma 'batida' de alta energia do laser inicia uma onda sonora no material opaco. "

Como em aplicações médicas, as ondas sonoras que viajam através do material são refletidas nas interfaces dentro do material, causando uma onda que viaja de volta à superfície. Quando eles começaram, os pesquisadores não tinham certeza se esse sinal conteria informações úteis suficientes. Planken diz, "Eu estava um pouco cético no começo, porque as ondas sonoras têm que viajar através de muitas camadas de material dielétrico antes de chegarem à grade enterrada dentro. Se eles refletem em todas essas interfaces, teríamos acabado com uma confusão completa de ondas sonoras. Mas descobriu-se que a pilha de finas camadas dielétricas age como uma camada espessa porque as camadas individuais são mais finas do que o comprimento de onda da onda sonora. Assim, as ondas sonoras viajam direto para as linhas de grade enterradas que queremos ver. "

O som reflete na grade. Uma vez que a grade não é uma superfície plana, mas tem vales e picos periódicos, o som dos vales atinge a superfície um pouco mais tarde do que o som dos picos. “A onda sonora causa um deslocamento muito pequeno dos átomos quando atinge a superfície, fazendo com que uma cópia da grade apareça na superfície, "Edward explica." Quando examinamos a superfície com um segundo pulso de laser, podemos medir o sinal de difração causado por esses pequenos deslocamentos. "

Agora que eles mostraram que é possível detectar nanoestruturas enterradas sob material opaco, os pesquisadores vão investigar mais a fundo seu método. Planken diz, "Nossos resultados não revelam apenas características interessantes em fotoacústica que não foram investigadas antes, mas também oferece uma solução promissora para questões práticas em nanolitografia. Para aplicações industriais, devemos otimizar o sistema para obter sinais mais fortes, mais rápido e mais robusto. Mas também queremos aumentar nossa compreensão de todos os efeitos que vemos no sinal, e encontrar os limites do nosso método, por exemplo, tentando discernir uma grade com linhas muito próximas umas das outras. "