Le phénomène de « démouillage » - généralement considéré comme une nuisance car il fait perler les solides dans les îles, un peu comme les gouttes de pluie sur le verre, a été exploité pour une application utile. Une équipe dirigée par A*STAR a clarifié comment le démouillage peut assembler des réseaux de nanostructures 3D pour des applications telles que la détection de molécules uniques.

Les films à l'état solide fraîchement appliqués aux dispositifs microélectroniques se séparent parfois à des températures bien inférieures aux points de fusion typiques, en raison de la haute énergie à l'interface entre le film et le substrat. Cet effet de démouillage est de plus en plus problématique aux dimensions nanométriques des films; Cependant, il a également inspiré des chercheurs à la recherche d'un moyen simple de produire des substrats à motifs.

Liangxing Lu de l'A*STAR Institute of High Performance Computing et ses collègues ont récemment démontré que les films métalliques peuvent être transformés en matrices à « nano-ouverture » ​​- de minuscules pores avec des dimensions contrôlables jusqu'à 10 nanomètres - en effectuant un démouillage sur des modèles de surface contenant 3 -D crêtes et ondulations. Cependant, l'équipe a découvert que les gabarits ne produisaient que des nano-ouvertures à partir de films métalliques d'une certaine épaisseur; autrement, des fonctionnalités de nanodot aléatoires sont apparues.

"De nombreux facteurs influencent le processus de démouillage, et il existe également de nombreux types de structures d'équilibre, " dit Lu. " Trouver les conditions pour les morphologies sélectionnées est complexe et difficile. "

Pour utiliser le démouillage pour d'autres formes de nanostructures, Lu et ses collègues ont développé un algorithme personnalisé pour simuler le démouillage à l'état solide. Leur technique calcule tous les nanomotifs possibles pour un film de démouillage sur un gabarit et repère la configuration d'énergie la plus basse. Puis, les calculs de diffusion montrent comment les mouvements entre les nano-îles adjacentes réduisent l'énergie libre totale du système.

"Ce modèle ignore la cinétique détaillée, et analyse à la place les chemins de diffusion des morphologies d'équilibre sur un substrat donné, " explique Lu. " Les seules forces motrices sont les énergies de surface et d'interface, ce qui simplifie le problème."

Par leurs calculs, les chercheurs ont produit des descriptions détaillées de la coalescence des gouttelettes à l'intérieur de modèles en forme de fosse, et des perles au-dessus de modèles « mesa » en forme de table. Puis, ils ont généré des diagrammes de phases qui ont identifié un comportement de démouillage possible sur des gabarits de formes différentes, des lignes directrices qui se sont avérées utiles pour les essais de fabrication.

Les collaborateurs de l'Institut des matériaux et de l'ingénierie de recherche d'A*STAR ont vérifié cette approche analytique en enduisant des modèles mesa de 100 nanomètres de haut avec des films d'or, puis induit un démouillage par chauffage du substrat. Avec des images de microscopie électronique, ils ont capturé des nanomotifs d'or qui correspondaient à leurs simulations de phase, à une seule exception :les défauts, comme les joints de grains, perturbé les modèles naturels de démouillage.

Lu pense que ces informations fondamentales sur la fabrication pourraient aider à optimiser les techniques de démouillage pour les interconnexions et les réseaux métalliques, ainsi que la croissance de morphologies particulières, comme les nanofils.