Impresión de nanoestructuras con material de automontaje

Un equipo multiinstitucional de ingenieros ha desarrollado un nuevo enfoque para la fabricación de nanoestructuras para la industria de semiconductores y de almacenamiento magnético. Este enfoque combina la tecnología de impresión de inyección avanzada de tinta  de arriba-  abajo con un enfoque de abajo-arriba (bottom-up) que consiste automontaje de bloques de copolímeros, un tipo de material que puede formar espontáneamente estructuras ultrafinas.

El equipo, formado por nueve investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, la Universidad de Chicago y la Universidad de Hanyang en Corea, fue capaz de aumentar la resolución de su estructura de fabricación compleja de aproximadamente 200 nanómetros a aproximadamente 15 nanómetros. Un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro, el ancho de una molécula de ADN de doble cadena.

La capacidad de fabricar nanoestructuras de polímeros, ADN, proteínas y otros materiales “blandos” tiene el potencial de permitir nuevas clases de electrónica, dispositivos de diagnóstico y sensores químicos. El reto es que muchos de estos materiales son fundamentalmente incompatibles con los tipos de técnicas litográficas que se utilizan tradicionalmente en la industria de circuitos integrados.

Técnicas de impresión recientemente desarrollados, de ultra alta resolución mediante inyección de tinta tienen un cierto potencial, con la resolución demostrada hasta 100-200 nanómetros, pero hay retos importantes para lograr la verdadera dimensión de nanoescala. “Nuestro trabajo demuestra que los procesos de autoensamblaje de polímero pueden proporcionar una forma de evitar esta limitación”, dijo John Rogers, profesor en Ciencia de los Materiales e Ingeniería de la UIUC.

Rogers y sus colegas informan sobre sus hallazgos en la edición de septiembre de la revista Nature Nanotechnology. La combinación de impresión de chorro de copolímeros en bloques de auto-montaje permitió a los ingenieros lograr una resolución mucho más alta, según lo sugerido por  Onses Serdar, un científico postdoctoral en UIUC. Onses obtuvo su doctorado en la Universidad de Wisconsin con Paul Nealey, ahora profesor Brady W. Dougan de Ingeniería Molecular de Universidad de Chicago y coautor del artículo de Nature. “Este concepto resultó ser muy útil”, dijo Rogers.

Los ingenieros utilizan materiales de automontaje para aumentar los procesos de fotolitografía tradicionales que generan patrones para muchas aplicaciones tecnológicas. Primero se crean ya sea un patrón topográfico o químico con los procesos tradicionales. Para el artículo de Nature , esto se hizo en el IMEC en Bélgica, un centro de investigación independiente de nanoelectrónica. El laboratorio de Nealey es pionero de este proceso de autoensamblaje dirigido de copolímeros en bloque con nanopatrones químicos.

Beneficios de impresión e-jet

La forma avanzada de impresión de inyección de tinta que los ingenieros utilizan para depositar localmente bloque de copolímeros se denomina impresión electrohidrodinámica o impresión e-jet, que funciona de forma muy parecida a las impresoras de inyección de tinta de oficinistas usan para imprimir en papel. “La idea es que el flujo de materiales de pequeñas aberturas, excepto e-jet es una versión especial de alta resolución de las impresoras de chorro de tinta que puede imprimir por debajo de  varios cientos de nanómetros”, dijo Onses. Y debido a que e-jet puede manejar naturalmente tintas fluidas,  sirve perfectamente para las suspensiones de solución de nanotubos, nanocristales, nanocables y otros tipos de nanomateriales.

“El aspecto más interesante de este trabajo es la capacidad de combinar las técnicas de ‘arriba-abajo’ de impresión de chorro con procesos de abajo-arriba de auto-ensamblaje, de una manera que abre nuevas posibilidades en la litografía – aplicable a los materiales blandos y duros por igual “, dijo Rogers.