IBM wyrzeźbił świat

Inżynierowie IBM-a stworzyli najmniejszą w historii trójwymiarową mapę kuli ziemskiej. Jest ona tak mała, że na kryształku soli zmieściłoby się 1000 takich map. Naukowcom udało się to osiągnąć dzięki wykorzystaniu nowej przełomowej techniki. Do tworzenia wzorów użyli bowiem niewielkiego zaostrzonego kawałka krzemu, którego czubek był o 100 000 razy mniejszy od czubka zaostrzonego ołówka. Dzięki temu mogli uzyskać wzory o wielkości zaledwie 15 nanometrów. Nowa technika posłuży w przyszłości do taniego i prostego tworzenia obiektów przydatnych w elektronice, medycynie, biologii czy optoelektronice.

Pracownicy IBM-a, chcąc zaprezentować możliwości nowej techniki, stworzyli m.in. replikę szczytu Matterhorn w skali 1:5 000 000 000. Trójwymiarowa góra wyrzeźbiona w szkle ma wysokość 25 nanometrów. Kolejnym ich osiągnięciem było wyrzeźbienie w polimerze mapy kuli ziemskiej o wymiarach 22x11 mikrometrów. Mapa składa się z 500 000 pikseli o powierzchni 20 nm² każdy, a jej tworzenie zajęło jedynie 2 minuty 23 sekundy.

Nowa technika pozwala też tworzyć obiekty dwuwymiarowe. By to udowodnić w krzemie wyrzeźbiono logo IBM-a, zagłębiając się przy tym w materiał na 400 nanometrów.

Głównym elementem nowej techniki jest 500-nanometrowy kawałek zaostrzonego krzemu, którego czubek liczy kilka nanometrów szerokości. Ostrze jest podobne do tych używanych w mikroskopach sił atomowych. Umieszczono je na elastycznym ramieniu, które pozwala na skanowanie powierzchni z dokładnością 1 nanometra. Odpowiednia kombinacja siły i temperatury pozwala na rzeźbienie w materiale.

Obecnie nowa technika pozwala na osiągnięcie rozdzielczości rzędu 15 nanometrów, niewykluczone jednak, że uda się ją udoskonalić i zwiększyć rozdzielczość.

Już teraz ma ona olbrzymie zalety w porównaniu z tradycyjną litografią. Przede wszystkim wymaga użycia urządzeń o znacznie prostszej konstrukcji, dzięki czemu jest od 5 do 10 razy tańsza. Ponadto teoretycznie może oferować bardzo wysokie rozdzielczości. Tymczasem współczesne techniki litograficzne w miarę postępu technologicznego i zwiększania wymagań, sprawiają coraz więcej problemów z ich dostosowaniem do nowych technologii.

Na potrzeby nowej techniki inżynierowie IBM-a zbadali też dwa nowe substraty, które mogą być przez nią wykorzystywane. Pierwszy to molekularne szkło, które pod koniec lat 90. ubiegłego wieku teoretycznie opracował Mitsuru Ueda z Yamagata University w Japonii i zaproponował użycie go jako fotorezystu. Zostało ono później wyprodukowane przez Chrisa Obera z Cornell University. Szkło takie składa się z molekuł podobnych do płatków śniegu. Każda z nich ma około nanometra średnicy i kształt sfery. Gdy wspomniane krzemowe ostrze zostanie rozgrzane do temperatury wyższej niż 330 stopni Celsjusza, dochodzi do przerwania wodorowych wiązań utrzymujących molekuły razem. Przez to molekuły zaczynają uciekać z powierzchni szkła, co pozwala na rzeźbienie trójwymiarowych obiektów.

Drugi z materiałów to polimer PPA wynaleziony w latach 80. przez Hiroshi Ito. Również i w nim pod wpływem temperatury część materiału zostaje odparowana. Dochodzi przy tym do rodzaju "reakcji łańcuchowej", dzięki której tempo powstawania wzorów jest szybsze niż sam ruch krzemowego ostrza.

IBM krzem ostrze litografia rzeźba