Tout commence par une structure octaèdre unique, puis après quatre itérations, il y en a déjà 625. Chaque itération crée un nouvel octaèdre à chaque sommet. Le résultat est une fascinante construction fractale 3D à l'échelle micro et nanométrique, approprié, par ex. pour les filtres haute performance. Des chercheurs de l'Institut MESA+ de nanotechnologie de l'Université de Twente présentent cette invention dans le Journal de micromécanique et de micro-ingénierie .
Une figure géométrique peut se répéter à l'infini dans une fractale. Lorsque vous zoomez, vous voyez toujours la même structure. Le gros avantage d'une fractale tridimensionnelle est que la surface effective augmente à chaque diminution et en même temps l'espace est utilisé au maximum. Dans le cas des octaèdres, la structure finale n'est pas beaucoup plus grande que l'octaèdre d'origine mais la surface effective a augmenté d'un facteur 6,5. Les plus petits octaèdres mesurent 300 nanomètres avec de minuscules trous aux sommets de 100 nanomètres de diamètre. 625 de ces nanopores sur une petite surface peuvent créer un filtre très efficace avec une très faible résistance à l'écoulement, par exemple. Les octaèdres peuvent également être utilisés comme de minuscules cages pour contenir des cellules vivantes et examiner leurs interactions avec les cellules des octaèdres voisins. Et que se passe-t-il si vous dirigez la lumière dans la structure ? Les possibilités sont légion.
Lithographie d'angle
Afin de créer la structure tridimensionnelle répétitive, les chercheurs utilisent une technologie qu'ils ont eux-mêmes développée, connue sous le nom de « lithographie d'angle ». D'abord une forme de pyramide est gravée dans le silicium, puis une fine couche de nitrure de silicium est appliquée. Ceci est supprimé, laissant une infime quantité de nitrure de silicium dans les sommets, une sorte de prise. Celui-ci est également supprimé afin que davantage de gravure puisse avoir lieu à travers le trou ainsi créé. La structure octogonale 3D se forme d'elle-même le long des plans cristallins du silicium par « auto-alignement ».
Du nitrure de silicium est à nouveau appliqué à chaque sommet et le processus est répété. La nouvelle structure se déploie automatiquement dans chaque sens, avec la taille des nouveaux octaèdres en fonction du temps de gravure. La structure évolue ainsi du micromètre au nanomètre. L'un des gros avantages est qu'aucune technologie complexe n'est nécessaire pour fabriquer les pores un par un, par exemple. Des millions de fractales peuvent être créées en parallèle sur une plaquette, chacun avec 625 pores. Plus de quatre itérations peuvent être utilisées, mais cela impose de plus grandes exigences sur la technologie et la précision du processus de gravure.
La recherche a été menée par le Transducers Science and Technology Group de l'Institut MESA+ de nanotechnologie de l'Université de Twente.
L'article, « Fabrication de structures fractales 3D à l'aide d'une gravure anisotrope à l'échelle nanométrique de silicium monocristallin » par Erwin Berenschot, Henri Jansen et Niels Tas, fait la couverture du numéro de mai du Journal de micromécanique et de micro-ingénierie .
