Neue Bildgebungstechniken im Nanometerbereich basieren auf Ultraschall

Bestehende zerstörungsfreie Bildgebungstechniken für die Nanoelektronik wie optische und

Elektronenmikroskopie ist nicht genau genug undanwendbar auf tiefere Strukturen. Eine bekannte dreidimensionale Technik auf der Makroebene ist Ultraschall. Der Vorteil besteht darin, dass es für jede Probe funktioniert. Dies macht Ultraschall zu einer hervorragenden Möglichkeit, dreidimensionale Strukturen abzubilden. Doch Ultraschalltechnologie im Nanomaßstab gab es bisher nicht. Tatsächlich wird die Auflösung der Ultraschallbildgebung weitgehend von der Wellenlänge des verwendeten Schalls bestimmt und liegt typischerweise bei etwa einem Millimeter. Die Nanoskala wiederum impliziert einen Bereich von Partikelgrößen von 1 bis 100 nm. Dabei entspricht ein Nanometer einem Milliardstel Meter und ein Millimeter einem Tausendstel.

Heute ist Ultraschall bereits integriertim Rasterkraftmikroskop (AFM). AFM ist eine Technik, die Oberflächen mithilfe einer winzigen Nadel sehr genau scannen und kartieren kann. Der Vorteil hierbei ist, dass nicht die Wellenlänge, sondern die Größe der AFM-Spitze die Auflösung bestimmt. Leider reichen die bisher genutzten Frequenzen (1–10 MHz) nicht aus. „Wir sehen zwar etwas, aber es ist nicht ganz klar, was es ist. Daher musste die Frequenz des verwendeten Schalls weiter auf den GHz-Bereich erhöht werden. Das haben wir getan“, erklärt Gerard Verbiest von der TU Delft.

Eine Erhöhung der Frequenz ist erst seit kurzem möglich.Der Einsatz von Photoakustik hat geholfen. Die Verwendung des photoakustischen Effekts erzeugt extrem kurze Schallimpulse. Wissenschaftlern ist es gelungen, diese Technik in AFM zu integrieren. Mit der AFM-Spitze gelang es den Wissenschaftlern, das Signal zu fokussieren. Die Installation hat bereits Vorversuche bestanden.

Wie bereits erwähnt, ist die neue Methode besondersinteressant für die Nanoelektronik. Dies wird in Zukunft dazu beitragen, noch kleinere Chips mit feinen Mustern herzustellen. Zum Beispiel, damit Sie zwei Schichten mit Nanometergenauigkeit übereinander legen können.

Es gibt auch mögliche Anwendungen füraußerhalb der Elektronik. Beispielsweise in der Zellbiologie, um ein detailliertes dreidimensionales Bild einer einzelnen lebenden Zelle zu erstellen. Dadurch können Sie sehen, wie sich Mitochondrien in der Zelle falten. In den Materialwissenschaften wird die Entwicklung für die Untersuchung des Prozesses der Wärmeübertragung in Graphen nützlich sein.

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