Ученые из Швеции предложили новый недорогой метод производства НЭМС и МЭМС. Нанотехнологии уже широко используются при конструировании лабораторий-на-чипе, микрозеркальных матриц и наносенсоров, и, вполне возможно, что открытие ученых сделает наносистемы в нашей жизни более распространенными.

Не секрет, что в настоящее время одной из общих тенденций развития современной техники является стремительная миниатюризация электроники средствами нанотехнологий.

Так, например, первые транзисторы было настолько велики, что их можно было взять пальцами, сегодня же никого не удивляет, что процессор современного компьютера состоит из миллионов транзисторов, изготовленных по 45-нм техпроцессу.

Вслед за электронными компонентами миниатюризация затронула и электромеханические устройства. Несмотря на то, что поведение однотипных механических устройств в макро- и микромире различно, усилия ученых и инженеров привели к созданию «микроэлектромеханических систем» – МЭМС, которые уже широко применяются даже в быту (в частности в виде датчиков, гироскопов и акселерометров).

Рис. 1. Пример НЭМС – электромеханический осциллятор

Сделать следующий шаг – осуществить перенос электромеханических приборов в наномир посредством создания наноэлектромеханических систем, или же НЭМС, оказалось еще сложнее.

При уменьшении размеров объектов отношение их площади поверхности к объему заметно возрастает, что приводит к значительному увеличению вклада сил трения в механическое поведение наносистем и к доминированию трения над силами инерции. При этом существуют так называемые проблемы масштабирования, которые нужно учитывать при изготовлении наносенсора или же лаборатории-на-чипе.

Так, например, время затраченное на гашение инерции после придания вращательного движения (с одинаковым моментом вращения) мячу, лежащему на поверхности стола, и молекуле фуллерена на поверхности монокристалла кремния, будет различаться на несколько порядков. И если не учесть подобные эффекты, ученым не получится создать эффективный насос, перекачивающий молекулы воды или же «простой» наномотор.

Рис. 2. Лаборатория-на-чипе традиционно содержит большое количество микромеханики

На сегодня можно выделить две основных тенденции в производстве НЭМС: уменьшение размера существующих микроэлектромеханических систем и разработка принципиально новых молекулярных двигателей и молекулярных электромеханических устройств. Первый подход связан с большими сложностями, поскольку методы, используемые для создания МЭМС (электронная литография, ионное травление и др.) имеют ограниченное разрешение, и поэтому их проблематично использовать для создания нанообъектов.

В свете этого достаточно выгодным выглядит предложение шведских ученых из компании NEMS AB, предлагающих простой и недорогой метод производства НЭМС.

Рис. 3. Платформа NIMBle – сенсор создан благодаря печатной технологии.

Основа метода – матрица решеток, нанесенных на фоторезисте или пластике, созданная с помощью простой нанолитографии. После нанесения на решетку металлического слоя, исследователи получили «шаблон», на базе которого возможно быстрое создание большого ряда наносенсоров.

Так, в текущем эксперименте, ученые получили газовый наносенсор. Если после литографии и металлизации получить ряд разнесенных решеток (см. рис. 3.), и на противоположные стороны подать постоянное напряжение, то между ними образуется электростатическая сила, отклоняющая решетки.

Далее, изменив постоянное напряжение на переменное, исследователи наблюдали эффект осциллятора – решетки колебались в такт частоте напряжения, достигнув резонанса.

Это свойство и было использовано учеными для детекции газа. Как только его молекулы попадают на поверхность осциллирующих решеток, их частота сразу меняется, что и позволяет установить факт наличия газа и даже его концентрацию.

Трудно поверить, но рабочая частота пластиковых решеток составляет почти несколько сотен мегагерц! Из-за этого прибор чувствителен к таким незначительным массам, как 0,1 зептограмм.

Исследователи не останавливаются на достигнутом – подобная технология использования нанолитографии и последующей металлизации пластика может быть полезной при создании матриц миниатюрных зеркал, акселерометров, гироскопов и компонентов лабораторий-на-чипе.

Свидиненко Юрий