(PhysOrg.com) -- Lorsqu'une équipe de chercheurs universitaires et industriels a essayé un roman, technique de remplissage de moules de type fonderie pour fabriquer des dispositifs nanométriques, ils ont réalisé qu'ils avaient découvert un joyau.

Non seulement ils ont été les pionniers d'une méthode de fabrication à l'échelle nanométrique en trois dimensions, ils ont utilisé le processus pour faire ultra-dur, nanosondes résistantes à l'usure dans un matériau similaire au diamant.

A plus grande échelle, les matériaux qui semblent lisses s'abrasent encore en raison de légères irrégularités et de défauts sur leurs surfaces. Cependant, à l'échelle nanométrique, les atomes s'effacent les uns après les autres, créant de nouveaux défis pour les chercheurs qui construisent des dispositifs parfois de quelques dizaines d'atomes de large.

« Les effets de la friction sont importants dans les dispositifs et les processus à l'échelle nanométrique, où les forces de surface telles que le frottement sont de plus en plus dominantes en raison du rapport surface/volume élevé, " dit Kumar Sridharan, éminent professeur de recherche en génie physique à l'Université du Wisconsin-Madison et membre de l'équipe de recherche.

L'équipe, qui comprenait également des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie et d'IBM Research-Zurich, a publié les détails de sa recherche le 31 janvier dans l'édition en ligne anticipée de Nature Nanotechnologie .

L'avancée est la clé car elle démontre une méthode d'application, dans une application tridimensionnelle à l'échelle nanométrique, carbone de type diamant contenant du silicium, ou Si-DLC. Dans l'étude, les chercheurs ont montré que le Si-DLC, qui est apprécié pour sa faible friction et sa haute résistance à l'usure à l'échelle macro, présente également une résistance à l'usure exceptionnelle à l'échelle nanométrique.

"Il n'était pas clair que les matériaux résistants à l'usure à l'échelle macroscopique présentent la même propriété à l'échelle nanométrique, " dit l'auteur principal Harish Bhaskaran, un ancien chercheur d'IBM qui est maintenant chercheur au département de génie électrique de l'Université de Yale.

Développé par Sridharan, la nouvelle technique de "nano fonderie" pourrait facilement être étendue à la fabrication commerciale.

À l'aide d'une plaquette de silicium sur isolant IBM gravée avec sharp, « moules en forme de pyramide, " Sridharan a utilisé le Si-DLC pour fabriquer des pointes ultra-tranchantes, avec un rayon de 5 nanomètres, sur des microporte-à-faux en silicium standard.

Actuellement, les fabricants gravent les pointes dans du silicium. Cependant, pour la nouvelle méthode de type fonderie, Sridharan a exploité l'implantation et le dépôt d'ions par immersion dans le plasma, un procédé à température ambiante utilisé précédemment pour l'application, ou "déposer, " des revêtements sur l'implantation d'ions dans d'autres matériaux. " Nous avons toujours déposé des couches minces sur des matériaux, " dit-il. " Nous l'avons considéré comme un processus de modification de surface en deux dimensions. "

En trois dimensions, la technique fonctionne un peu comme la façon dont une chute de neige recouvre le sol. Dans ce cas, la "neige" est de l'hexaméthyldisiloxane ionisé, un précurseur liquide du Si-DLC qui se gazéifie dans la chambre à plasma et s'intègre finalement parfaitement dans les moules de la plaquette IBM. "Notre procédé nous a permis de remplir une pointe très pointue, très précisément, " dit Sridharan.

Un autre avantage est que le Si-DLC est un amorphe, plutôt que cristallin, Matériel. Si un cristal est trop gros, le moule se remplira irrégulièrement et limitera le tranchant de la pointe. Cependant, un matériau amorphe peut glisser atome par atome dans le moule, le remplir complètement, comme des gouttes de pluie dans un seau.

En plus de remplir complètement les moules à pointes, Le Si-DLC recouvre également toute la plaquette. Les chercheurs ont développé une méthode simple, procédé de gravure du silicium en deux étapes commercialement réalisable pour libérer la pointe et le porte-à-faux intégré de la plaquette.

Les pointes ont des applications en microscopie à force atomique, stockage de données et nanofabrication. Dans les tests d'usure, dans lequel les chercheurs ont glissé les pointes en continu sur une surface de dioxyde de silicium pendant plusieurs jours, ils ont trouvé que les pointes Si-DLC étaient au nombre de 3, 000 fois plus résistantes à l'usure que les pointes en silicone. "Nous avons pris un matériau qui est bon à l'échelle macro, nous le fabriquons à l'échelle nanométrique, et nous montrons qu'il est résistant à l'usure à l'échelle nanométrique, " dit Bhaskaran.

D'autres auteurs sur le Nature Nanotechnologie papier incluent Bernd Gotsmann, Abou Sébastien, Ute Drechsler, Mark A. Lantz, Michel Despont, Papot Jaroenapibal, Robert W. Carpick, et Yun Chen.