Учёные создали недорогой и быстрый механизм для наногравировки

Пнд, 01/18/2016 - 20:49

Учёные из России смогли разработать механизм для лазерного нанесения структур на стекло, разрешение которого в 1000 раз меньше, чем ширина человеческого волоса. Фокусировку данного лазера производили при помощи мельчайших сфер из стекла, выполняющих роль линз. Новый механизм позволит достаточно просто и дёшево наносить структуры сложного типа на поверхность стекла. В результате получается пространственное разрешение менее 100 нанометров. Сами структуры своим видом напоминают товарный штрих код в уменьшенном состоянии.

Данный метод способствует более быстрому и дешёвому созданию сенсоров и микросхем наномасштабов. Специалисты, говорят, что он во много раз проще технологически, чем другие подобные механизмы. Такой метод позволяет нанести рисунки, заданные на компьютере, на стекло с достаточным разрешением. Для демонстрационного подтверждения действенности нового метода на стекло нанесли аббревиатуру Института Химической Физики (ICP) с разрешением около 100 нанометров. Обычно наногравировку используют при создании сверхточных схем в микрофлюидике, так как выгравированные каналы пропускают рабочую жидкость, соединющую разные части схемы, размеры которой зависят от разрешения гравировки.

Фемтосекундный лазер, который использовали учёные, позволил нанести на поверхность прозрачного материала структуры двухмерного и трёхмерного типа. Разрешение в задачах такого вида снизу ограничено длиной волны лазера. Таким образом, чем это разрешение выше, тем размер наносимых структур меньше.

Часто, чтобы улучшить разрешение, используют эффект ближнего поля. С помощью данного способа для осуществления фокусировки лазерного луча в качестве "линз" используются наночастицы из металла или слой диэлектрических микросфер. Но такие методы усложняют нанесение из-за того, что “линзы” фиксируются в пространстве.

Российские учёные смогли найти иной подход. При помощи пучка света в жидкости они создали некую ловушку, куда поместили микросферы из стекла. Главным плюсом такого способа является то, что полученную "ловушку" можно двигать, тем самым фокусируя лазер на нужную часть стекла.

Но простого "проведения" лазерным лучом по поверхности мало. В результате действия лазера приходит образование не впадин, а широких негладких бугорков. Если воздействовать на них щёлочью при температуре 90° С, то бугорки станут более маленькими гладкими ямками. В случае достижения таким двухшаговым структурированием разрешения, которое будет меньше 100 нанометров, при одношаговом способе (обработка поверхности осуществляется только лазером) будет получена точность не меньше 150-200.

В результате, технология нанесения имеет следующий вид. Первым делом происходит облучение поверхности стекла фемтосекундным лазером. Фокусировка лазерного импульса происходит при помощи стеклянного шарика, направляемого оптической “ловушкой” в заданную область стекла. Далее, на поверхности стекла образуются достаточно широкие бугорки, которые при обработке всей поверхности щелочным раствором становятся ямками небольших размеров.

Помимо непосредственно технологии структурирования, в работе исследована зависимость разрешения, т.е. размеров кратеров, от мощности лазерного излучения. Результаты показывают, что для большей точности эффективнее всего использовать мелкие сферы, в результате чего разрешение может достигать ниже 100 нм. Минимальная ширина кратера, полученного таким образом, составляет 70 нм.

Для применения такого метода на практике следует кроме высокого разрешения учитывать и сложность нанесения комплесных структур.

Применение для созданных тонких каналов и желобов можно найти в производстве "микрофлюидиков" и различных "нанозаводов", которые используются в химии и биологии.

При создании небольших точных сенсоров, осуществляющих работу с жидкостью, "каналы" для неё можно наносить именно с помощью таких методов. В работе на данный момент предлагается весьма быстрый и дешёвый механизм наноструктурирования.

Источник