Un précis, Une méthode sans produits chimiques pour graver des caractéristiques à l'échelle nanométrique sur des plaquettes de silicium a été développée par une équipe de l'Université Penn State et Southwest Jiaotong et de l'Université Tsinghua en Chine.

En lithographie standard, un film photosensible est déposé sur une plaquette de silicium et un motif appelé masque est utilisé pour exposer certaines parties du film. Puis, des produits chimiques, tels qu'une solution d'hydroxyde de potassium, gravent des motifs dans le silicium. D'autres étapes sont nécessaires pour lisser la surface rugueuse.

Les chercheurs de la Penn State et de la Southwest Jiaotong University ont développé un tout autre sans produits chimiques et sans masque, processus en une seule étape. Ils ont légèrement frotté une pointe de silice arrondie d'un instrument appelé microscope à sonde à balayage sur un substrat de silicium, la base du matériau généralement utilisé pour fabriquer des appareils électroniques. Lorsqu'il est exposé à la vapeur d'eau dans l'air, la couche supérieure de silicium forme des liaisons avec la pointe de la sonde de balayage, et une seule couche d'atomes glisse lorsque la sonde se déplace à travers le silicium. Parce que les atomes ci-dessous ne participent pas à la réaction chimique, ils sont complètement intacts.

"C'est vraiment une idée unique, " a déclaré Seong Kim, professeur de génie chimique, État de Penn. "C'est une réaction dite tribochimique. Contrairement aux réactions chimiques causées par la chaleur, champs lumineux ou électriques, qui sont tous largement étudiés, les réactions chimiques stimulées mécaniquement sont moins comprises.

Le mécanisme d'élimination est initié lorsque le silicium est exposé à l'air et que la couche atomique supérieure d'atomes de silicium réagit avec les molécules d'eau pour former des liaisons silicium-oxygène-hydrogène. Ensuite, la surface d'oxyde de silicium de la pointe forme une liaison silicium-oxyde-silicium avec la surface du substrat sous la force de cisaillement de la pointe mobile. Cela facilite l'élimination de l'atome de silicium de la surface la plus haute du substrat.

Les personnes en nanofabrication qui essaient de réduire la taille des caractéristiques de l'appareil à des dimensions à l'échelle atomique pourraient trouver cette technique utile, Kim croit.

"La gravure de couche atomique peut fournir la résolution de profondeur que les gens aimeraient obtenir sans l'utilisation de couches sacrificielles et de produits chimiques agressifs, " il a dit.

Ce type de méthode de modelage est trop lent pour la microfabrication maintenant, Kim a reconnu. Cependant, les chercheurs pourraient l'utiliser pour créer une plate-forme de test de dispositifs électroniques et microélectromécaniques dotés de fonctionnalités à l'échelle de l'Angstrom ou à l'échelle d'un seul atome, bien plus petit que les appareils actuels. Au moins une entreprise, IBM, a expérimenté plusieurs réseaux de sondes qui pourraient conduire à une structuration à grande échelle des dispositifs.

« Notre processus pourrait être combiné avec leur processus de mise à l'échelle, " dit Kim. "Ceci est la partie scientifique initiale. Une fois que nous voyons la science, beaucoup de possibilités peuvent être explorées. Par exemple, nous pensons que cette technique fonctionnera avec d'autres matériaux au-delà du silicium."

Les chercheurs décrivent leur technique en Communication Nature dans un article intitulé "Nanofabrication de surface de silicium avec une précision à une seule couche atomique via des réactions mécanochimiques".