Инженеры из MIT разработали новый метод самосборки микроэлектронных устройств на основе японской техники оригами.

Нанотехнологии традиционно считают самосборку оптимальным методом производства наноструктур. В области МЭМС и НЭМС устройств это очень востребовано – представьте электронные устройства, компоненты которых самостоятельно занимают свои места на платах согласно предварительно сформированной последовательности. Похоже, что это не фантастика, а одни из перспективных методов производства.

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) разработали новый метод быстрого конструирования трехмерных нанообъектов, названный нано-оригами — из-за большого сходства с традиционной японской техникой складывания фигурок из бумаги.

Хотя техника оригами непроста, но сам принцип позволяет сложить готовые устройства из пластиковых заготовок. Представьте на минуту, что перед вами стоит задача сложить МЭМС-устройство сложной формы из крошечной пластинки, которая приблизительно в 100 раз тоньше человеческого волоса, да еще и добиться того, чтобы получившаяся структура начала функционировать как электронное устройство.

Однако американские нанотехнологи не видят в этом ничего невозможного. Команда исследователей во главе с Джорджем Барбастатисом, адъюнктом-профессором в области машиностроения, разрабатывает основные принципы нанооригами — новой техники, позволяющей сворачивать материалы наноразмеров в простые 3D-структуры. Последние могли бы использоваться как моторчики и конденсаторы, приводящие к повышению характеристик памяти, созданию более быстрых микропроцессоров и нанофотонных устройств.

Традиционные методы изготовления наноструктур, такие как рентгеновская литография и наноимпринтинг, прекрасно проявили себя в деле создания двумерных объектов и обычно используются для конструирования микропроцессоров и других микроэлектрических механических устройств. Но для создания 3D-структур они в своем нынешнем виде не подходят.

«Многое из того, что сделано на сегодня в области МЭМС, является плоским, — отмечает Тони Никол, аспирант Массачусетсского технологического института, работающий над проектом. — Мы же хотим взять все лучшее от технологий изготовления 2D-структур и использовать это для создания трехмерных вещей». Реализуя этот подход, команда исследователей использовала традиционную электронно-лучевую литографию, чтобы изготовить 2D-объекты. Затем ученые трансформировали плоские «детали» их в 3D-объекты, открывая тем самым совершенно новые возможности в наноразмерном конструировании.

По их словам, материалы, подходящие для техники оригами, — это кремний, нитрид кремния, мягкий полимер под названием SU-8 и др. На сегодняшний день разработано несколько способов их сгибания. Во-первых, это нанесение металла (обычно хрома) на поверхность — туда, где предполагается сгиб. Во-вторых, направление луча, состоящего из ионов гелия, на место желаемого сгиба. Лучи намечают линию, заставляя материал сворачиваться. И, в-третьих, внедрение золотых нитей в материал. Они взаимодействуют с внешним магнитным полем и опять же позволяют достичь желаемого.

Как только материал свернут, форму конструкции еще нужно корректировать, и потому сгибание наноповерхностей «гармошкой» с аккуратно выстроенными плоскостями и гранями является одной из самых больших проблем для исследователей. Однако уже сейчас разработано несколько методик, позволяющих сделать это успешно. Например, использование магнитов или нанесение полимеров в определенных точках и их расплавление при помощи электротока для скрепления поверхностей так, как было задумано.

Для того чтобы продемонстрировать состоятельность своей технологии, представители Массачусетсского технологического института уже продемонстрировали трехмерный наноконденсатор. У него, правда, только один сгиб, однако чем больше сгибов будет сделано у будущих моделей, тем больше энергии эти устройства будут в состоянии сохранять.

Дополнительные плоскости обеспечивают более быстрый поток информации — по аналогии с извилинами головного мозга человека, обеспечивающими более быструю коммуникацию между разными его отделами, отмечает Надер Шаар, аспирант машиностроения, участвующий в проекте.

Пока исследователи шлифуют свою методику, однако начинают думать о том, как техника нанооригами могла бы помочь в развитии нанотехнологий будущего.

Свидиненко Юрий