Lokales Siliziumätzen - durch Zufall entdeckt
Kolloide ermöglichen eine lokalisierte Anwendung chemischer Reaktionen auf Oberflächen.
Lokales Siliziumätzen – durch Zufall entdeckt
Kolloide ermöglichen eine lokalisierte Anwendung chemischer Reaktionen auf Oberflächen.
Ob der berühmte Apfel, der Isaac Newton auf den Kopf fiel, die Entdeckung der Röntgenstrahlung, des Teflons oder der Fullerene – Zufälle bereichern zweifellos die Naturwissenschaften durch spontane Entdeckungen. Kürzlich gelang es durch eben einen Zufall Wissenschaftlern an der Penn State University, winzige Strukturen in einen Siliziumwafer zu ätzen. Der Clou an der Sache: es wurden keine Masken und auch keine Elektronen- oder Röntgenstrahlen benutzt.
Abb.: Lokales Ätzen eines Siliziumwafers durch Hydrolyse funktionalisierter Polystorolkolloide. Die beiden Bearbeitungsschritte der lithographielosen Technik sind das Ätzen im Wasserbad und das Entfernen des Polystorols durch Ultraschall. Die einzelnen Rasterkraftmikroskopaufnahmen zeigen jeweils einen Bereich von ca. 10 μm Breite. (Bild: E. Hsiao, Penn State University)
Zwei Studenten hatten zur Aufgabe, Polystorol-Nanostrukturen auf Siliziumwafern zu erzeugen. Dazu sollten funktionalisierte Polystorolpartikel auf der Siliziumoberfläche platziert und durch Erhitzen zum Schmelzen gebracht werden. Durch ein Missverständnis wurde die Erwärmung nicht in einem Vakuumofen, sondern in einem wassergefüllten Reaktionsbehälter durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass durch eine Reihe chemischer Reaktionen an den Nanopartikeln Hydroxid-Ionen entstanden, die wiederum Löcher in die Siliziumoberfläche ätzten.
Ein letzter Schritt zur fertig strukturierten Oberfläche ist das Entfernen der Polymerkugeln in einem Ultraschallbad. In der gesamten Prozedur kommen keinerlei Lithographietechniken zum Einsatz, sie ist damit deutlich kostengünstiger. Über den Durchmesser der Kugeln, unterhalb derer sich der Ätzvorgang ereignet, lässt sich die Größe der Strukturen kontrollieren. Deren Form wiederum hängt von der Ausrichtung des Siliziumgitters ab und lässt entweder pyramidenartige Krater zu, oder solche mit hexagonaler Grundfläche.
Das Vefahren selbst lässt sich sicherlich auf verschiedene Anwendungen und Materialien verallgemeinern, um an Oberflächen lokal chemische Reaktionen ablaufen zu lassen.
Konrad Kieling
