ננוטכנולוגיה פועלת בגבול שבו ההבחנה בין הרובה לבין האטומית הופכת לנוזלת. בתוך התחום הזה, היכולת להסיר חומר עם דיוק בקנה מידה אטומי אינה רק נוחות אלא גם צורך. Ablation – הסרת החומר הנשלטת באמצעות יישום האנרגיה – התפתחה כטכניקה אבן הפינה במאמץ זה.ממפרקים זעירים ועד להנדסת כלי רכב ייעודיים, נטייה לבחינתנו-מול-מול, רק לפני כמה עשורים, הם ממשיכים לבחון את השיטות האלקטרוניקה, שעדיין לא ניתן היה רק על ידי שיטות מדידה, רק על ידי שימוש.

מה זה Ablation ב-Nanoטכנולוגיה?

במובן הרחב ביותר שלה, ablation מתייחס להסרת חומר משטח מוצק על ידי vaporization, sputtering, או תהליכים אחרים erosive המונע על ידי קלט אנרגיה חיצוני. במאקרו בקנה מידה, ablation הוא מוכר כמו הפעולה של מתכת חיתוך לייזר או שחיקה של מגן חום במהלך הכניסה.

המנגנונים הפיזיים מאחורי הדבקה ננומטרית משתנים בהתאם למקור האנרגיה.בקיצור לייזר, ספיגת פוטושופ אינטנסיבית מובילה לחימום מהיר, התכה ונפיחות. ב ion beam ablation, זרמי אנרגיה גבוהה מעבירים מומנטום לאטומים משטח, מסלקים אותם בתהליך הידוע כ- sputtering.

שיטות של Ablation ב-Nanoscale

בחירת טכניקת הביטול תלויה בתכונות החומריות, ברזולוציה הרצויה ובהיקף הייצור.למטה, אנו חוקרים את שלוש השיטות העיקריות בפירוט.

לייזר Ablation

דלקת לייזר היא אולי הטכניקה הנפוצה ביותר ב nanoטכנולוגיה.הוא מעסיק דופק לייזר ממוקד - באופן חד פעמית מן המחפר, pmto השני, או לייזרים picoII - כדי לספק אנרגיה שיניים גבוהות מספיק כדי לחוסם חומר יעד. היתרון העיקרי של שימוש בלייזרים אולטרה מהירים (רוחבים כפולים פחות מ 10 ps) הוא כי האנרגיה מופקדת מהר יותר מאשר זה יכול להיות מעוקל עם תכונות מתכתיות, כמו צינורות מינימלית, כמו צינורות.

בפועל, דלקת לייזר מוחל בשני מצבים עיקריים: כתיבה ישירה, שבו קרן לייזר לסרוק משטח כדי למנוע חומר, וננו חלקיקים סינתזה, שבו הדופק לייזר מכה מטרה מוצקה שקועה נוזל כדי לייצר חלקיקים קולואידיםיים.טכניקה האחרונה, המכונה לעתים קרובות דופק לייזר הדבקה בנוזל (AL), הפך שיטה פופולרית עבור ייצור חלקיקים כימיים nanoparticles.

עם זאת, דלקת לייזר מתמודדת עם אתגרים בהשגת החלטה של תת-5 ללא פגיעה מבנים עדינים סמוכים. החוקרים משלבים יותר ויותר מקורות לייזר עם טכניקות שיפור שדה קרוב - כגון שימוש טיפ בדיקה סריקה כדי לרכז אור לתוך נקודה בקנה מידה ננומטר - כדי לדחוף את גבולות ההחלטה עוד יותר.

Ion Beam Ablation

Ion beam ablation משתמשת בדבורה ממוקדת של חלקיקים טעונים - בדרך כלל רייום, הליום, או ions ניאון - כדי לקטוע חומר אטום אחד בזמן. במערכת טיפוסית של יון (FIB), היון beam הוא rastered על פני משטח מדגם, ואת התקרית מתנגשים עם אטומים, העברת מספיק אנרגיה קינטית כדי להסיר אותם תהליך אחד של DB יכול להשיג את הטכניקות המדויקות.

אחת היכולות של ion beam ablation היא הפונקציונליות המשולבת שלה הדמיה ו- מילימטרית.אותה קרן ion המשמשת עבור ablation יכול לייצר אלקטרונים משניים עבור microscopy סריקה גבוהה, המאפשר לחוקרים לבדוק את העבודה בהתקדמות.זה הופך את FIB הכרחי בניתוח מוליכים למחצה, מיקרוסקופ אלקטרונים (TEM) הכנה, ועריכה בסגנון אבטיפוס בשנים האחרונות, הוא צבר תשומת לב נמוכה מאוד.

המגבלה העיקרית של ion beam ablation היא המהירות האיטית יחסית לעיבוד גדול-area.בנוסף, השתלת של בצלים מואצים לתוך המצע יכולה לשנות תכונות כימיות מכניות מקומיות, אשר עשוי להיות בלתי רצוי עבור יישומים מסוימים.טכניקות כגון גירוד גז-המכר גז - תוך גרימת גז תגובתי ליד הדבורה כדי לשפר את התשואות של sputter - לעזור לבעיות אלה תוך שמירה על רזולוציה גבוהה.

פלאסמה Ablation

פלסמה ablation, לעתים קרובות בשימוש ion etching reactive (RIE) או ion reactive עמוק reactive ion etching (DRblIE), מסתמכ על פריקת פלזמה בלחץ נמוך כדי ליצור ions אנרגטיים רדיקלים תגובתיים.הדגימה ממוקמת על אלקטרודה מופעלת, ואת פלזמה פלסמה להאיץ לעבר פני השטח, פיזית וכימיקלית את החומר באופן מסורתי עבור microscaleation, התקדמות מיקרוסקופית, כמו גם אם כיפת (מקור אלקטרונים) לאחרונה (DMA) כגון מחזורית) כגון מחזורית) ו-ה) כגון מחזורית (DMA) עם מחזורית (Dazdation) כגון: 1Dazd) עם מחזורית (Dazd) עם מחזורית) עם מחזורית (Dazd) עם מחזורית (Dazald) עם מחזורית) פלסמה (Dazald) עם מקורות מחזורית) עם מחזורית) עם מחזורית) עם מחזורית (Dazald) עם מחזורית (Dazd) ו-ידי מטהר (DEXDEXDEXDEXDEXDEX) ו-ידי מטהר) באופן טבעי (Dazazenap פלזמה (D

הכרזה פלזמה יעילה במיוחד עבור ייצור אצווה. בניגוד לטכניקות סידוריות (למשל, לייזר או ion beam), תהליכי פלזמה יכולים לטפל בכל הוואפרים בו זמנית, מה שהופך אותם מתאימים ליישומים ננוטכנולוגיה גבוהים כמו MEMS (מיקרו-אלקטרוניקה-electromechanical Systems) ו- NEMS (לא-electromeical Systems) שימוש במכימות גז ספציפיות (למשל, סיליקון, כלומר, 6 עבור חומרים חיוניים עבור חומרים אופטיים אחרים, אשר מאפשר הסרהחומרים (N) ללא מערכות אופטיים).

עם זאת, פיזור פלזמה יכול לסבול מבעיות כמו שחיקה חוץ-צדדית, מיקרו-גיליות, ונזקים על שכבות דיאלקטריות רגישות. טכניקות נוקשות מתקדמות - בין השארה לבין שלבים חולפים - עוזר ליצור פרופילים אנזוטרופיים תוך הגנה על תכונות עדינות.המשך מחקר לתוך מקורות פלזמה נמוך מטרות להפחית עוד את הנזק התת-קרקעי שיכול להתרחש בתקני ננוטרופיים.

תגיותNanotech Ablation

היכולת להסיר חומר עם דיוק ננומטרי פתח יישומים על פני דיסציפלינות מרובות.הסעיפים הבאים מדגישים כמה מהשימושים המשפיעים ביותר.

אלקטרוניקה ופוטניקים

בתעשיית המוליכים למחצה, טכניקות הגשמה משמשים כדי לגוון את התכונות הזעירות המרכיבים מעגלים משולבים מודרניים. Ion beam ablation מועסקות באופן שגרתי עבור דפוס ללא מסיכה, ליתוגרפיה ישירה, ועריכה מעגלית בצומת מתקדם לייזר (למשל גלוקוזיות לייזר) שלהם ריכוזית לייזר, בינתיים, משמש לקדוח מיקרו-vias בלוחות מעגלים ו-משולש דקים מתנגדים לערכים מדויקים, למעט אלקטרוניקה, אשר תפקידם.

רפואה וביוטכנולוגיה

(Nanoscale ablation) הופך את התרופה באמצעות ייצור של nanostructures עבור משלוח סמים, אבחון והנדסת רקמות. לייזר blation בנוזל יכול לייצר חלקיקים שאינם עולים בקנה מידה כי לשאת סוכנים צ'מהוליים ישירות לתאי הגידול, צמצום תופעות לוואי מערכתיות כגון ננומטרים לא רצויים יוצר ננומטרה עבור שתלים מבוקרים וסינון של חלבונים אלקטרו-מדומים, במיוחד, כלומר, כגון צינורות חשמליים או מינרלים לא רצויים.

אזור מבטיח נוסף הוא השימוש של לייזר אולטרה מהיר עבור הסרת רקמות כירורגית ברמה התאית - לעתים קרובות נקרא ננוכירורגיה. על ידי התמקדות דופקי לייזר העובר דרך מטרה מיקרוסקופית, החוקרים יכולים לבודד איברים בודדים בתוך תאים חיים ללא הרג התא.טכניקה זו שימשה כדי ללמוד חלוקת תאים, קישוריות עצבית, ואת המכניקה של ציסטפליסטוד.

חומרים מדע ו-Nanomanufacturing

טכניקות למניעת הריון הן חיוניות להכנת דגימות עבור מיקרוסקופ אלקטרונים, שבו פרוסה דק מאוד, אלקטרונים- ⁇ חייב להיות מיוצר מחומר גדול. מילימטר FIB הוא תקן הזהב עבור משימה זו, המאפשר החילוץ ספציפי האתר ומדיקות של חלקים צולב עם עוביים מתחת 50 nm. Beyond מדגם הכנה, a משמש ליצירת מבנים מבחן למדידה מכני, תרמי, או תכונות חשמליות בדוגמה של ננול יכול להיות מדגמי, אז, לדוגמה, כדי להיות מדגמי סרט של צינורות צעיר, או מדגמי.

בייצור תוספים, ablation לפעמים ממלא תפקיד משלים.תהליכים היברידיים משלבים את ההסתה לייזר עם ליתוגרפיה או מחיקה כדי ליצור nanostructures תלת-ממדיים שלא ניתן לעשות על ידי כל שיטה לבד.לדוגמה, פולימיזציה דו-קולית בונה מבנים מחוץ לפוטרסיסט, ולאחר מכן לייזר ביטול תמיכה בחומר, משאיר מאחור מיקרו-מזרחי וננו-קרד בחינם עבור רקמות הנדסה.

יתרונות של חומרים רעילים

אימוץ נרחב של blation ב- ננוטכנולוגיה מונע על ידי מספר יתרונות ברורים על שיטות ייצור חלופיות (כגון גירוד רטוב, השתלת יון, או מאצ'ינג מכני).

  • (FLT:0Sub-10 nm resolution:FreaLT:1) ion beam ומערכת לייזר אולטרה-ארוחת יכול להשיג באופן שגרתי גדלים תכונה מתחת 5 ננומטר, הרבה מעבר לגבולות photolithography קונבנציונלי.
  • (ב) נזק מינימלי לאזורים שמסביב: FLT:1 כי הביטול הוא מקומי מאוד, חום או מומנטום מוגבל לאזור המיידי.זה נכון במיוחד עבור לייזרים העובריים, אשר האנרגיה שלו מופקדת לפני דיפוזיה תרמית מתרחשת.
  • (FLT:0) ללא תשלום, יכולת כתיבה ישירה: אנדרל 1 (IMOLT:1) שיטות רבות אינן דורשות photomasks, ומאפשרות כוונון מהיר ועיצוב ללא עלות גבוהה וזמן מוביל של ייצור מסיכה.
  • (FLT:0Wide חומר תאימות: FLT:1) Ablation עובד על מתכות, מוליכים למחצה, דיאלקטריים, פולימרים ורקמות ביולוגיות.המכשיר יכול לשמש לעתים קרובות עבור מגוון של חומרים עם רק פרמטרים קטנים.
  • (FLT:0) ניטור situ:FLT:1 למערכות הדבקה רבות משלבות הדמיה (למשל, סריקת אלקטרונים או מיקרוסקופיה) כך המפעיל יכול לצפות בתהליך ההסרה בזמן אמת ולבצע התאמות.
  • (FLT:0) יכולת בניית תלת-ממדית: קיד 1 (FLT:1) על ידי שליטה במינון האנרגיה וסורק דפוס, שאיפה יכולה ליצור צורות תלת-ממדיות מורכבות, כגון תעלות עם מחסומים אנכיים, חללים מעוגלים, או מבנים תחת פיקוח.

יתרונות אלה מתורגמים ישירות לביצועי מכשירים מעולים: טרנזיסטורים עם שערי קצר יותר עוברים מהר, חיישנים עם אזורים פעילים קטנים יותר רגישים יותר, ומבנים פוטוניים עם תכונות באורך תת-גל יכולים לתמרן אור ביעילות רבה יותר.

אתגרים ומגבלות

למרות כוחו, ה-Nanotech אינה ללא מכשולים. חוקרים ומהנדסים חייבים להתמודד עם מספר אתגרים מרכזיים.

בקרת אנרגיה ברמת האטום הבודד

ככל שגדלים תכונה ניגשים לגודל האטומי, האופי הסטוצ'י של ספיגת אנרגיה וזריקת חלקיקים הופך משמעותי. דופק לייזר יחיד המכיל כמה מאות פוטונים עשוי להציג יכולת צילום עד צילום במספר האטומים שהוסרו.ב ion beam ablation, הגעתו אקראית של מושגים בודדים מציגה גסות סטטיסטית שיכולה להיות על סדר 1-2 nm, אשר בעייתית עבור מערכות לייזר מתקדמות.

נזק בלתי צפוי

גם אם ההסרה עצמה נקייה, האנרגיה עדיין יכולה לחדור עמוק יותר מאשר מיועד.לחצני לייזר אולטרה-ארוחת לייזר יכולים ליצור גלי הלם שגורמים לפירוק או שינויים בשלב בחומר שנותר. בדומה, ion beams יכול ליצור פגמים נקודה או amorphize substrates גבישיים למעמקים של כמה ננומטרים.נזק זה יכול לקלקל תכונות חשמליות או אופטיות, ויש לקחת בחשבון בעיצוב של ננו-ד-דחיות כימי לפעמים.

באמצעות קידוד ו-Salability

שיטות למניעת הריון (laser Direct-write, FIB) איטיות מטבען, עיבוד עשרות או מאות ננומטר לשנייה.זה הופך אותם לבלתי מתאימים לייצור גבוה, שבו עיבוד בקנה מידה ועומס גבוה הם קריטיים. בעוד שפלמה המבוססת על פלזמה יכולה להתמודד עם רזולוציה במקביל, זה בדרך כלל מציע פתרון נמוך יותר ומעט יותר סלקטיבית.

אופטימיזציה של חומרים

כל חומר מגיב אחרת ל-Abation. קבוצה של פרמטרים לייזרים שעובדת טוב עבור סיליקון עלולה לגרום לרתיחה נפץ בנחושת או לא שלמה בפולימרומרי.זה אומר כי פיתוח תהליכים עבור חומר חדש כרוך לעתים קרובות פרמטרים ארוכים. למידת מכונות מודלים המבוססים על פיזיקה מתחילים לעזור לחזות תנאים אופטימליים, אבל פתרון אוניברסלי נשאר חמקמק.

כיוונים עתידיים ומגמות מתפתחות

התחום של הדבקה ננומטרי מתפתח במהירות, מונע על ידי הביקוש לתכונות קטנות יותר אי פעם, דרך דרך גבוהה יותר ויכולות חומריות חדשות.

טכניקות למניעת הריון - Deposition

במקום להתייחס ל-Ablation כתהליך תת-קרקעי גרידא, החוקרים משלבים אותו עם מחיקה או השתלה באותו תא.לדוגמה, לייזר מופול יכול במקביל לזרז מטרה ליצירת זרם ולאחר מכן להפקיד את החומר על תת-קבוצה קרובה - טכניקה המכונה deposition לייזר הדופק (PLD) בשילוב עם מסיכה או שדה אלקטרומגנטי ישיר, שינוי יכול ליצור דפוס צינורות קיימים באופן דומה, או צינורות בצורת צינורות.

לייזרים מהירים ומיד-IR

הפיתוח של לייזרים נשיים גבוהים של העובר השניות הפועלים בטווח הנראה לעין (למשל, 3-5 מיקרומטר) פותח אפשרויות חדשות עבור חבית חומרים שקופים בטווח הנראה, כגון זכוכית, פולימרים, ורקמות ביולוגיות. כי הקליטה היא באמצעות תהליכים רב-פוטונים, נפח יכול להיות מוגבל אפילו יותר עם תאים עצביים, יחד עם תאים עצביים, עם תאים עצביים ללא תקדים.

עיבוד רב-Beam Parallel

כדי להתגבר על צוואר הבקבוק דרך, כמה קבוצות מתפתחות מערכות שפיצו קרן לייזר אחת למאות או אלפי דבורים בודדות בעלות כתובת אישית באמצעות מודולרים אור מרחביים.כל אחד מהספורטאים יכול לבודד מיקום נפרד בו זמנית, ביעילות מכפילים את מהירות העיבוד.בתחום ion beam, חברות מציעות כעת כלי פיב עם עמודות מרובות הפועלות במקביל, כל אחד מסוגלות של מזחלות נפרדות של האזור.

ב-Situ Characterization and Feedback

ככיסוי הופך מדויק יותר, הצורך במעקב בזמן אמת גדל.טכניקות כגון ב- spectroscopy, ספקטרום המוני של יון (SIMS), ו- ונדיגמות במהירות משולבים לתוך תאים שלוב כדי לספק משוב מיידי על הסרת חומרים ואיכות. אלגוריתמי למידת מכונה יכולים להשתמש משוב זה כדי להתאים פרמטרים על זבוב, תיקון עבור או חומר בסחף זה כדי להפוך את הגישה אמינה יותר.

ירוק וגלולה ננופיל חלקיקים סינתזה

דלקת לייזר בנוזל (PLAL) בולטת כשיטה ידידותית לסביבה לייצור חלקיקים מכיוון שהיא אינה דורשת מבשרים כימיים או ייצובים. מאמצי ההווה להתמקד בהגדלת התשואות של PLAL לרמות תעשייתיות - למשל, באמצעות לייזרים עתירי חלקיקים עם מערכות שיתוק של חלב או על ידי זרימה של המטרה דרך מטוס כדי לרענן את אזור ההצלחה באזור זה יכול לאפשר ייצור רחב של תרופות, בקנה מידה גבוה של יישומים רפואיים, או על ידי שיתוק גבוה.

מסקנה

Ablation at the nanoscale התפתח מסקרנות מעבדה לתוך ערכת כלים מעשית להסרת חומרים, דפוס, סינתזה. בין אם באמצעות sputtering מדויק של קרן יון ממוקדת, הגמישות המהירה של לייזר נשיג, או עיבוד אצווה של פלזמה, חוקרים ומהנדסים יכול עכשיו לעצב עם רמה של שליטה כי גישות אטומיות, וכתוצאה מכך חומרים אלקטרוניים, באופן ישיר יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים קוסמטיים, החל ממעבדים, חומרים קוסמטיים יעילים יותר, אשר משפיעים על ידי חומרים קוסמטיים, חומרים קוסמטיים יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים קוסמטיים, חומרים מתקדמים יותר, חומרים קוסמטיים יותר, או יותר ויותר יעילים יותר, אשר נמצאים תחת יעילות יותר, חומרים קוסמטיים, חומרים קוסמטיים, או יותר, אשר משפיעים על ידי חומרים קוסמטיים יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, חומרים קוסמטיים, מאשר חומרים קוסמטיים יותר, חומרים יעילים יותר, החל ממעבדים, החל ממעבדים, חומרים קוסמטיים, החל ממעבדים יעילים יותר, חומרים קוסמטיים יעילים יותר, חומרים קוסמטיים, חומרים קוסמטיים, חומרים קוסמטיים, חומרים קוסמטיים, החל ממעבדים, חומרים קוסמטיים ויעילים יותר, אשר משפיעים על ידי אלקטרוניקה, חומרים קוסמטיים יותר ויותר יעיל יותר ויותר,

עם זאת, השדה רחוק מבוגר.ה האתגרים של תפוקה, נזק תת-קרקעי, אופטימיזציה ספציפית חומרית להמשיך לעורר חדשנות.העשור הבא כנראה יראה כלי שיט המשלבים מקורות אנרגיה מרובים, לפעול במקביל, ושילוב משוב סגור-פרלופ, מה שהופך אותם נגישים יותר ואמינים יותר לייצור.כפי היכולות האלה מתאחדות, הביטוי "הסרה חומרית מוקדמת ב nanoscale" ישתנה מתיאור של טכניקה תעשייתית להגדרה של תהליך תעשייתי סטנדרטי.

(ב) ל[דרוש מקור] [ה]], [ה]], [ה]], [ה]], [ה]]], [ה]], [ה]][ה]]]], [ה]], [ה], [ה]ה]] ב[ה[[המאה ה'], וב[[המאה ה'], ניתן למצוא את ה'] ב'[ה'] את ה'] ב'[ה'[ה'] את ה'[ה'] את ה'[ה'[ה'] ב'] ב'[ה'[ה'[ה'] את ה'[ה'.