Neue Technologie der Nano-Schaltkreise

Forschern der Northwestern University gelang ein neuer Durchbruch in der Miniaturisierung von Nanostrukturen. Die von ihnen in "Science" beschriebene Technologie ermöglicht eine erhebliche Verkleinerung elektronischer Schaltkreise oder die Zusammenfassung Tausender verschiedener medizinischer Sensoren in einem Gerät kleiner als ein Stecknadelkopf.

In ihrer Arbeit erklären die Chemiker, wie sie das "kleinste Schreibgerät der Welt in den kleinsten Plotter der Welt" verwandelten. Diese Vorrichtung ist in der Lage, vielfache Linien von Molekülen anzulegen - und das mit einer Genauigkeit von nur fünf Nanometern. Der Durchmesser eines menschlichen Haares beträgt zum Vergleich zehntausend Nanometer.

"Mit dem Nano-Plotter ist es uns möglich, verschiedene Arten von Molekülen mit so großer Genaugigkeit anzulegen, dass wir die chemische Reinheit jeder Linie garantieren können", erzählt Chad Mirkin, Leiter des Projektes. "Im Prinzip haben wir auf einer Nanometerskala einen einfarbigen Druck- zu einem vierfarbigen Druckprozess umgeformt."

Nanolithographie

Die schon Anfang des Jahres beschriebene "Dip-Pen-Nanolithographie" [DPN] bildete die Grundlage für den Nano-Plotter von Mirkins Team. Die DPN ermöglichte die Umwandlung eines Hochpräzisionsmikroskops in eine Art molekulares Schreibinstrument. Zuerst wurde am Endstück des Mikroskops die ölartige "Tinte" eines Moleküls aufgetragen. Sobald dieses Endstück dann mit einem hauchdünnen Stück Goldpapier in Kontakt trat, wurde das Molekül auf die Oberfläche des Gopldpapiers mittels eines winzigen Wassertröpfchens übertragen. Mit dieser Technik konnten die Forscher extradünne Linien anlegen, die gerade ein Molekül hoch und ein paar Moleküle breit waren.

Nano-Plotter

Der Nano-Plotter potenziert die Genauigkeit der Nanolithographie noch, indem er Serien von Moleküllinien mit einer nie dagewesenen Präzision anlegt.

Die Forscher demonstrierten die Genaugigkeit dieser Prozesse, indem sie verschiedene Punkte eines Moleküls, jedes genau 15 Nanometer im Durchmesser, mittels eines umgebauten Hochpräzisionsmikroskops auf Goldpapier anlegten.

Das Mikroskop machte die einzelnen Punkte des Moleküls sichtbar und gab die Koordinaten jedes einzelnen Punktes an den angeschlossenen Rechner weiter. Daraus kalkulierte der Computer Koordinaten für ein neues Muster von Punkten, die wieder an das Mikroskop geleitet wurden. Dieses setzte daraufhin das neue Punktmuster mit einer Genauigkeit von nur fünf Nanometer Abstand zwischen dem zweiten Punktset und dem Original.

"Der Schlüssel dieser Technologie liegt in seiner Reinheit, denn die Tatsache, dass die gemusterten Moleküllinien erst am Ende des Prozesses sichtbar gemacht werden, verhindert die gegenseitige Kontamination der einzelnen Moleküle", beschreibt Mirkin.

News Release der Nortwestern University

Innovationen wie der Nano-Plotter werden die zukünftige Verwendung von organischen bzw. biologischen Materialien in der Mikroelektronik zunehmend fördern. Das lässt ahnen, wie die elektronischen Schaltkreise der Zukunft beschaffen sein könnten.

Science Magazine