Ученые из IBM создали трехмерную микрокарту Земли

Исследователи из подразделения IBM Research создали самую миниатюрную трехмерную карту Земли: 1000 таких карт может поместиться в одной крупинке соли. Ученым удалось достичь этого с помощью новой революционной методики, использующей миниатюрный кремниевый щуп с острым наконечником-иглой для создания шаблонов изображений и структур масштаба 15 нм.

Инновационный метод формирования изображений открывает новые возможности для разработки объектов наномасштаба в производстве микросхем и электронной аппаратуры, а также в медицине, бионауках и оптоэлектронике. С целью демонстрации уникальных возможностей метода группа исследователей создала несколько трехмерных и двухмерных изображений, использовав для каждого из них разные вещества. Так, 25-нанометровая трехмерная копия горы Маттерхорн в Альпах (4478 м) была создана в масштабе 1:5 млрд. в молекулярном стекле.

Полная трехмерная карта мира размером всего 22 на 11 микрон была "нарисована" на полимере. Высотная отметка в 1000 м на этой карте соответствует приблизительно 8 нм. Изображение сформировано из 500 000 пикселей; площадь каждого пикселя составляет 20 нм². Карта была создана всего за 2 минуты и 23 секунды.

Двухмерное наноразмерное изображение логотипа IBM было "протравлено" в кристалле кремния на глубину 400 нм. Этот пример демонстрирует жизнеспособность метода для типовых нанопроизводственных процессов.

Основной компонент новой методики — миниатюрный, чрезвычайно тонкий кремниевый наконечник щупа. Его длина составляет 500 нм, а толщина кончика — всего несколько нанометров. Игла щупа прикрепляется к гибкому кронштейну, который в управляемом режиме сканирует поверхность вещества подложки с точностью 1 нм. При нагревании или приложении внешней силы наноразмерная игла может снимать слои вещества подложки по предварительно заданным шаблонам.

Подобно фрезерованию, можно снимать слои материала на определенную глубину, создавая сложные трехмерные структуры с нанометровой точностью путем модуляции приложенной силы или переадресации отдельных точек. Например, для создания трехмерной копии горы Маттерхорн с молекулярного стекла было успешно удалено 120 слоев вещества.

Новая методика IBM обеспечивает разрешение до 15 нм, обладая к тому же потенциалом для достижения еще лучшей разрешающей способности. По сравнению с дорогостоящим инструментарием электроннолучевой литографии, малогабаритный инструмент, созданный учеными из IBM, открывает широкие перспективы с точки зрения улучшения разрешающей способности при значительно меньших затратах и сложностях.

Еще одно преимущество новой методики состоит в способности определять и оценивать форму шаблона с помощью той же самой иглы, которая используется для формирования объемных изображений обрабатываемых структур. Области потенциального применения метода простираются от быстрого макетирования наноэлектронных КМОП-структур до создания прототипов оптических компонентов и мета-материалов, от производства трехмерных нанокорпускул до изготовления накладных шаблонов требуемой формы для "самосборки" объектов наномасштаба, таких как наностержни и нанотрубки.

"Успехи в развитии нанотехнологий тесно связаны с наличием высококачественных методов и инструментов для создания шаблонов изображений и объектов наномасштаба на поверхностях вещества, — поясняет физик д-р Армин Кнолл (Armin Knoll) из исследовательского центра IBM в Цюрихе. — Обладающая широкой функциональностью и уникальной способностью построения трехмерных изображений, эта методология литографического формирования рисунка, основанная на сканирующей наноигле, является мощным инструментом для создания сверхмалых структур".