Ученый NIST Гэри Забоу никогда не собирался использовать конфеты в своей лаборатории. Только в крайнем случае он даже пытался закопать микроскопические магнитные точки в затвердевшие кусочки сахара — в основном леденцы — и отправить эти сладкие пакеты коллегам в биомедицинскую лабораторию. Сахар легко растворяется в воде, освобождая магнитные точки для их исследований, не оставляя после себя никаких вредных пластмасс или химикатов.
Случайно Забоу оставил один из этих кусочков сахара с множеством микромагнитных точек в стакане, и он сделал то, что сахар делает со временем и теплом — он растаял, покрыв дно стакана липкой массой.
«Нет проблем, — подумал он. Он просто растворял сахар, как обычно. За исключением этого раза, когда он промыл стакан, микроточки исчезли. Но на самом деле они не пропали; вместо того, чтобы выпустить их в воду, они были перенесены на дно стакана, где отбрасывали радужное отражение.
«Меня действительно удивили эти цвета радуги, — вспоминает Забоу. Цвета указывали на то, что массивы микроточек сохранили свой уникальный рисунок.
Эта милая каша натолкнула его на мысль. Можно ли использовать обычный столовый сахар для переноса мощности микрочипов на новые и нетрадиционные поверхности? Выводы Забоу об этом потенциальном процессе трансферной печати были опубликованы в журнале Science 25 ноября.
Полупроводниковые чипы, поверхности с микроузором и электроника — все они основаны на микропечати — процессе нанесения на поверхности точных, но крошечных узоров шириной от миллионных до миллиардных долей метра, чтобы придать им новые свойства. Традиционно эти крошечные лабиринты из металлов и других материалов печатаются на плоских кремниевых пластинах. Но по мере расширения возможностей полупроводниковых чипов и интеллектуальных материалов эти замысловатые крошечные узоры необходимо печатать на новых, нетрадиционных, неплоских поверхностях.
Непосредственно напечатать эти узоры на таких поверхностях сложно, поэтому ученые переносят отпечатки. Существуют гибкие ленты и пластмассы, которые могут выполнять эту работу (например, использовать замазку для захвата газетной бумаги), но эти твердые материалы все еще могут иметь проблемы с соответствием острым кривым и углам, когда отпечаток кладется обратно. Они также могут оставить пластик или другие химические вещества, которые трудно удалить или которые могут быть небезопасными для биомедицинских целей.
Существуют жидкостные методики, при которых материал-переносчик плавает на поверхности воды, а целевая поверхность проталкивается через нее. Но это тоже может быть сложно; со свободно текущей жидкостью может быть трудно разместить отпечаток именно там, где вы хотите, на новой поверхности.
Но, как к своему удивлению, Забоу обнаружил, что простая комбинация карамелизированного сахара и кукурузного сиропа может помочь.
При растворении в небольшом количестве воды эту сахарную смесь можно рассыпать по микроузорам на плоской поверхности. Как только вода испарится, конфета затвердеет, и ее можно будет снять с нанесенным на нее рисунком. Затем конфета с принтом помещается на новую поверхность и плавится. Комбинация сахара и кукурузного сиропа сохраняет высокую вязкость при таянии, позволяя узору сохранять свое расположение, когда он обтекает изгибы и края. Затем водой можно смыть сахар , оставив только рисунок.
Используя эту технику, называемую REFLEX (REflow-driven FLExible Xfer), шаблоны микросхем можно было перенести как трафарет, чтобы позволить ученым или производителям вытравливать и заполнять нужные им материалы в нужных местах. В качестве альтернативы узорчатые материалы могут быть перенесены с их исходного чипа на волокна или микробусины для потенциальных биомедицинских или микроробототехнических исследований или на острые или изогнутые поверхности в новых устройствах.
Этот метод оказался успешным для широкого спектра поверхностей, включая печать на острие булавки и написание слова «NIST» золотыми буквами в микромасштабе на одной пряди человеческого волоса. В другом примере магнитные диски диаметром 1 микрометр были успешно перенесены на волокно из семян молочая. В присутствии магнита волокно с магнитной печатью реагировало, показывая, что передача сработала.
С REFLEX еще многое предстоит изучить, но этот процесс может открыть новые возможности для новых материалов и микроструктур в различных областях, от электроники до оптики и биомедицинской инженерии.
« Полупроводниковая промышленность потратила миллиарды долларов на совершенствование методов печати для создания микросхем, на которые мы полагаемся, — говорит Забоу. «Было бы неплохо, если бы мы могли использовать некоторые из этих технологий, расширяя доступность этих отпечатков с помощью чего-то такого же простого и недорогого, как конфета?»
Теги: биотехнологии, микроэлектроника, чип
