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Dibujar circuitos con nano bolígrafos
La demanda de productos electrónicos cada vez más rápidos y baratos está llevando al límite las técnicas de fabricación basadas en la litografía en la industria de los semiconductores. Ahora, los investigadores informan sobre una técnica de litografía rápida y barata que utiliza matrices de nanoplumas de polímero flexible para modelar con precisión millones de estructuras complejas en paralelo. La técnica, que los investigadores han utilizado para crear un circuito integrado (y versiones liliputienses del logotipo de los Juegos Olímpicos), se puede emplear para hacer líneas cuyos tamaños van desde unos pocos nanómetros a milímetros de grosor.
Bolígrafo nano olímpico: Estas 15.000 réplicas de oro del logotipo de los Juegos Olímpicos (arriba) se crearon utilizando una nueva técnica de litografía que se basa en grandes conjuntos de nanoplumas de polímero que se escriben en paralelo. La imagen inferior muestra los logotipos en primer plano, y el recuadro amplía aún más la e en Beijing, lo que muestra que su trazo inferior tiene solo 90 nanómetros de ancho. El logo del hombre que corre tiene 36 micrómetros de alto. Estas imágenes, tomadas con un microscopio electrónico de barrido, demuestran el rango de tamaños de características que se pueden realizar con la técnica.
La técnica, desarrollada por Chad Mirkin , químico de la Northwestern University y director del Instituto Internacional de Nanotecnología, utiliza matrices de bolígrafos poliméricos en forma de pirámide cuyas puntas se sumergen en soluciones de sustancias químicas que pueden contener casi cualquier molécula, incluidas proteínas y ácidos; Luego, las plumas se trazan sobre una superficie mediante un brazo mecánico para crear millones de estructuras en paralelo. El ancho de las líneas dibujadas por cada bolígrafo se puede controlar cuidadosamente variando la fuerza ejercida sobre las puntas flexibles del bolígrafo. Debido a que los bolígrafos de Mirkin trazan diseños programados por software de computadora, pueden cambiar rápidamente entre diseños complicados, haciendo posible la creación de patrones complejos cuyas características están muy juntas.
Mirkin ha utilizado los bolígrafos para modelar el ácido en una oblea de silicio recubierta de oro; Luego grabó, basándose en el patrón, un circuito integrado de oro. La litografía con pluma polimérica también se muestra prometedora para modelar moléculas biológicas. De hecho, dice Mirkin, la técnica podría funcionar con casi cualquier tinta molecular, incluidas las proteínas para capturar y estudiar células. Las matrices de bolígrafos de polímero cuestan menos de un dólar cada una.
La litografía con pluma polimérica es una mejora con respecto a la litografía con pluma sumergida, una técnica que Mirkin ha estado desarrollando desde 1999. La litografía con pluma polimérica utiliza conjuntos de sondas en voladizo rígidas y afiladas, las mismas que se utilizan para la microscopía de fuerza atómica. Mirkin creó una empresa, NanoInk , para comercializar la tecnología. Pero, reconoce, su utilidad final se ha visto limitada por problemas de rendimiento, costo y complejidad. El tamaño de sus golpes moleculares se ha restringido a un rango relativamente estrecho, los voladizos son propensos a romperse y el número de estructuras que se pueden hacer en paralelo es limitado.
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Vea la litografía con bolígrafo en acción.
Si esto funciona, dice Grant Willson , ingeniero de la Universidad de Texas en Austin, acelerará el proceso de modelado de estructuras con nanoplumas. La nueva versión de la litografía con bolígrafo podría hacer que la tecnología sea mucho más práctica desde el punto de vista comercial. Pero la técnica de Mirkin competirá en un campo abarrotado, señala Willson. Los investigadores que buscan empaquetar circuitos con características cada vez más pequeñas para chips cada vez más rápidos están adoptando muchos enfoques de nanofabricación diferentes. Algunos, por ejemplo, están creando antenas ópticas para enfocar la luz en haces muy pequeños para ampliar las capacidades de la fotolitografía. Otros se han convertido en haces de electrones o iones, o utilizan calor deformación para formar patrones.
Harald Fuchs , director del Interface Physics Group de la Universidad de Münster, en Alemania, dice que la principal ventaja de la técnica de Mirkin sobre otros métodos de nanofabricación es la precisión y la flexibilidad. Los bolígrafos podrían usarse para escribir un patrón en una tinta molecular, sumergirse en otra y luego escribir otra capa. Para hacer patrones aún más complejos, dice Fuchs, cada punta de lápiz podría sumergirse en una tinta diferente.
Mirkin dice que Northwestern está hablando con empresas, incluida su propia NanoInk, sobre la comercialización de la litografía con bolígrafo polimérico. La técnica, dice, hará que la tecnología del bolígrafo sea accesible para un gran número de personas.