La demande sans cesse croissante de performances améliorées dans les appareils électroniques tels que les cellules solaires, capteurs et batteries correspond à un besoin de trouver des moyens de fabriquer des composants électriques plus petits. Plusieurs techniques ont été proposées pour créer de minuscules, structures nanométriques sur silicium, mais ces types de « nanopatterning » ont tendance à impliquer un faible débit, approches coûteuses inadaptées à la production à grande échelle. Sivashankar Krishnamoorthy et ses collègues de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR ont maintenant trouvé une méthode simple et robuste pour nanostructurer toute la surface d'une plaquette de silicium.

La technique de Krishnamoorthy exploite les propriétés d'auto-assemblage des nanoparticules polymères, connu sous le nom de micelles inversées. Ces particules non conventionnelles ont une structure constituée d'un noyau polaire et d'une couche externe de « bras » non polaires. Les micelles inverses peuvent former des réseaux hautement ordonnés à la surface d'une plaquette de silicium. Le «revêtement» résultant peut être utilisé comme une réserve lithographique pour masquer la surface du silicium pendant le processus de gravure.

Bien que d'autres groupes aient développé des approches similaires dans des études antérieures, Krishnamoorthy et ses collègues sont les premiers à développer un processus qui peut modeler toute la surface d'une plaquette de silicium avec des nanostructures très uniformes (voir image). Les auteurs ont développé une méthode pour quantifier les variations de nanostructures sur de grandes surfaces à l'aide d'outils optiques simples, ouvrant la voie à la nanométrologie à haut débit.

Dans une amélioration supplémentaire du processus, les chercheurs ont exposé la couche de polymère auto-assemblée à une vapeur de chlorure de titane. Le chlorure de titane s'accumule sélectivement dans le noyau polaire de chaque micelle. Une explosion de plasma d'oxygène enlève ensuite le polymère pour laisser un motif de minuscules points d'oxyde de titane. Ce processus convertit un modèle organique mou en un masque inorganique dur beaucoup plus adapté à la gravure de caractéristiques ultra-fines dans le silicium, produisant des réseaux de nanopiliers distants de moins de 10 nanomètres.

Les résultats devraient être hautement adaptables. « Bien que nous ayons démontré le processus de création de nanopiliers de silicium, il est très polyvalent et peut être facilement étendu pour obtenir des nanomotifs de la plupart des autres matériaux, par exemple, métaux, semi-conducteurs et polymères par un post-traitement approprié des modèles de copolymères initiaux, », explique Krishnamoorthy. « D'autres motifs que les nanopiliers pourraient également être créés, selon le traitement de transfert de motif utilisé."

Krishnamoorthy et son équipe explorent déjà les applications potentielles de leur technique. « Nous utilisons actuellement ce procédé pour créer des nanodispositifs de détection, stockage de données, et applications énergétiques, comme les batteries et les cellules solaires, ", dit Krishnamoorthy.