Met de opkomst van de nanotechnologie en microchips ontstaat steeds meer behoefte aan manieren om te controleren of de technologie wel voldoet aan bepaalde kwaliteitsstandaard. Meetapparatuur dus op nano-schaal, in vaktermen ook wel nano-metrologie genoemd.
De Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) is een van de instellingen die hier onderzoek naar doet en volgens een deze week verschenen studie in het blad Nature Communications zijn Tianran Liu en Andrea Fiore dichtbij een doorbraak.
Wat de twee onderzoekers hebben ontwikkeld, is een geïntegreerde optische sensor voor snelle metingen met een hoge resolutie. De sensor kan voor de chipindustrie van grote waarde zijn, want het maakt volgens de TU/e “de weg vrij voor volledig geïntegreerde en compacte optische sensoren, inclusief lasers en detectoren voor zogeheten on-chip sensing platforms”.
Atoomkrachtmicroscoop
Momenteel wordt voor controle meestal gebruikgemaakt van atoomkrachtmicroscopen (AFM’s). Daarbij wordt met een soort naald het oppervlak van een object op atomaire schaal verkend en daar waar nodig gecorrigeerd. Deze techniek is enigszins vergelijkbaar met de naald van een platenspeler.
Het bestaat uit een verend stripje met aan het uiteinde een scherp gepunte naald die zich in een rasterpatroon beweegt vlak boven het te onderzoeken object. Door de krachten die ontstaan tussen de naald en het object beweegt het stripje omhoog of omlaag. Om deze beweging zichtbaar te maken wordt het stripje met een lichtbron beschenen. Met behulp van het gereflecteerde licht kan vervolgens het oppervlak driedimensionaal in beeld worden gebracht. Nadelen van de AFM’s zijn onder andere de kosten en de nog niet optimale resolutie.
Nano-metrologielab
Dankzij ontwikkelingen in de nano-optomechanische systemen (NOMS) zijn compacte optische sensoren voor het meten van beweging, kracht en massa op nanoschaal een steeds grotere concurrent voor de AFM’s. Een beperkende factor is echter de behoefte aan een laser met een smalle lijnbreedte.
Om dit probleem te omzeilen hebben Tianran Liu, Andrea Fiore en collega’s van het Instituut voor Fotonische Integratie aan de TU/e een nieuw optomechanisch instrument ontworpen met een resolutie van 45 femtometers (dat is ongeveer 1/1000 van de grootte van het kleinste atoom) in een meettijd van een fractie van een seconde. Cruciaal is dat het instrument een ultra-brede optische bandbreedte van 80 nm heeft, waardoor een afstembare laser niet meer nodig is.
De onderzoekers zijn van plan om met dit nieuwe instrument als basis een volledig ‘nano-metrologielab’ te ontwikkelen. Geïntegreerd op een chip kan dat gebruikt worden voor halfgeleider-metrologie en helpen bij het ontwerp van de volgende generatie microchips en nano-elektronica.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
