Nieuwe methoden voor de fabricage van nanocomponenten

Voor het fabriceren van elektronische componenten en schakelingen met afmetingen van enkele tientallen tot honderden nanometers zijn naast de klassieke lithografische technieken uit de elektronische industrie veel nieuwe methoden in ontwikkeling. Deze week brengt zowel Nature als Science nieuwe resultaten. Ingenieurs van Yale University laten zien hoe je met een metalen mal op nanoschaal allerlei vormen kunt maken (Nature, 12 februari), terwijl wetenschappers van de universiteit van Illinois een inkt op basis van zilverdeeltjes ontwikkelden, waarmee ze in drie dimensies structuren kunnen printen (ScienceExpress, 12 februari).

CD’s en DVD’s worden gemaakt door met behulp van een mal putjes in een plastic schijf te persen. Naarmate de gewenste structuren kleiner worden, nemen de eisen ten aanzien van de duurzaamheid van de mal toe: minieme beschadigingen leiden immers tot zichtbare vormveranderingen. Daarnaast gaat de structuur van de mal een rol spelen. Zo zijn metalen mallen weliswaar erg hard en sterk, maar zijn de kristallijnen korrels waar het metaal uit is opgebouwd zichtbaar in het eindproduct. Jan Schroers en zijn collega’s kwamen op het idee om nanomallen te maken van glasachtig metalen. Dit zijn legeringen die door snelle afkoeling geen kristallen vormen, maar een amorfe, bijna op atomaire schaal gladde structuur. Daarmee wisten ze structuren met afmetingen van een paar honderdste millimeter tot wel dertien nanometer uit te persen: van tandwieltjes en pincetten tot aan elektronische componenten. Afhankelijk van de samenstelling zijn de metallische glazen bij verschillende temperaturen en dus verschillende materialen te gebruiken.

Jennifer Lewis en haar collega’s maakten hun patronen op een heel andere manier. Ze ontwikkelden een pasteuze inkt van zilverbolletjes in glycol (antivries), waarmee ze in drie dimensies dunne lijntjes konden printen, die bijvoorbeeld als micro-elektroden op een chip dienst zouden kunnen doen. Het fixeren van de lijntjes gebeurt door ze enige tijd te verhitten tot temperaturen van een paar honderd graden. Hierbij klonteren de oorspronkelijk enkele nanometer grote deeltjes samen, waardoor ze één geheel gaan vormen en geleiding mogelijk wordt. De resulterende elektroden zijn echter nog steeds flexibel en kunnen dus ook op een plastic chip dienst doen. De minimale afmetingen van ongeveer een duizendste millimeter worden bepaald door de opening in de spuitkop.

Rob van den Berg