موفقیت دانشمندان ایرانی در نفوذ به نانوساختار سیلیکون / عکس

تینا مزدکی: سیلیکون که سنگ بنای الکترونیک مدرن، فتوولتائیک و فوتونیک است، به دلیل چالش‌های ناشی از تکنیک‌های لیتوگرافی موجود، به نانو ساختار سطحی محدود می‌شد. روش‌های موجود نیز بدون ایجاد تغییرات به سطح ویفر سیلیکون نفوذ نمی‌کنند یا با وضوح میکرونی لیتوگرافی لیزری در سیلیسیوم (Si) محدود می‌شوند. اکنون درست همان‌طور که ریچارد فاینمن گفت:«آن پایین فضای بسیاری است»، تکنیک نوآورانه توسعه‌یافته توسط تیم دانشگاه بیلکنت از محدودیت‌های فعلی فراتر رفته و دسترسی به نانو ساختارهایی را که در اعماق ویفرهای سیلیکونی مدفون‌شده‌اند را به شکل بی‌سابقه‌ای امکان‌پذیر می‌کند.

این تیم با چالش دوگانه اثرات نوری پیچیده درون ویفر و حد پراش ذاتی نور لیزر مقابله کردند. آن‌ها با استفاده از نوع خاصی از پالس لیزر، که با رویکردی به نام مدولاسیون نور فضایی ایجاد می‌شود، راه‌حل جدیدی ارائه دادند؛ به این صورت که ماهیت غیر پراش پرتو بر اثرات پراکندگی نوری که قبلاً مانع از رسوب دقیق انرژی شده بود غلبه می‌کند و باعث ایجاد حفره‌های بسیار کوچک و موضعی در داخل ویفر می‌شود.

این فرآیند با یک اثر بذری نوظهور تا جایی ادامه پیدا می‌کند که نانو حفره‌های زیرسطحی از پیش‌ساخته شده، میدان قوی بسیاری را در اطراف خود ایجاد ‌کنند. این روش پیشرفتی چشمگیر به شمار می‌رود، چراکه به دقت ۱۰۰ نانومتری دست پیداکرده است.

پروفسور توکل دراین‌باره می‌گوید:«رویکرد ما مبتنی بر محلی‌سازی انرژی پالس لیزر در ماده‌ای نیمه‌هادی با حجم بسیار کم است، به‌طوری‌که بتوان از اثرات افزایش میدان اضطراری مشابه با پلاسمونیک ها استفاده کرد. این کار منجر به کنترل چندبعدی زیر طول‌موج به‌طور مستقیم می‌شود. بنابراین اکنون می‌توانیم عناصر نانوفوتونیکی مدفون در سیلیکون بسازیم، درست مانند نانوگریتینگ‌هایی باراندمان پراش بالا و حتی کنترل طیفی».

محققان از پالس‌های لیزری مدوله‌شده فضایی استفاده کردند که ازنظر فنی با تابع بسل مطابقت دارد. ماهیت غیر پراش این پرتو لیزر ویژه که با تکنیک‌های پیشرفته پروجکشن هولوگرافی ایجادشده است، محلی‌سازی دقیق انرژی را امکان‌پذیر می‌کند. این به‌نوبه خود، منجر به مقادیر بالایی از دما و فشار می‌شود که برای اصلاح مواد در حجم کم، کافی است.

به بیان ساده، ایجاد نانو ساختارهای اولیه به ساخت نانو ساختارهای بعدی کمک می‌کند. استفاده از پلاریزاسیون لیزری کنترل بیشتری بر روی‌هم ترازی و تقارن نانو ساختارها فراهم می‌کند و امکان ایجاد نانو آرایه‌های متنوع با دقت بالا را فراهم می‌کند.

دکتر عسگری ثابت، نویسنده اول این مطالعه گفت:«با استفاده از مکانیسم بازخورد ناهمسانگردی که در سیستم برهمکنش لیزر مواد یافت می‌شود، به نانو لیتوگرافی کنترل‌شده با پلاریزاسیون در سیلیکون دست‌یافتیم. این قابلیت به ما این امکان را می‌دهد که هم ترازی و تقارن نانو ساختارها را در مقیاس نانو هدایت کنیم». این پیشرفت‌ها پیامدهای قابل‌توجهی برای توسعه سیستم‌های مقیاس نانو با معماری‌های منحصربه‌فرد دارد.

توکل گفت: «ما معتقدیم آزادی طراحی در حال ظهور در مهم‌ترین مواد فن‌آوری، کاربردهای هیجان‌انگیزی در الکترونیک و فوتونیک خواهد یافت. ویژگی‌های فراتر از حد پراش و کنترل چندبعدی حاکی از پیشرفت‌های آینده است، همچون دستیابی به متاسطح‌ها، فرا مواد، کریستال‌های فوتونی، کاربردهای متعدد پردازش اطلاعات و حتی سیستم‌های الکترونیکی فوتونیک یکپارچه سه‌بعدی. بنابراین، یافته‌های ما یک الگوی ساخت جدید برای سیلیکون معرفی می‌کند».

منبع: phys

۵۴۳۲۳