Una nueva técnica “litográfica” para dibujar con nanogrietas en una película de silicio

La aparición de una pequeña grieta es un mala señal, para nuestra desgracia pronto acabará propagándose. Pero no hay mal que por bien no venga. Un nuevo artículo en Nature propone usar la propagación de grietas para dibujar patrones nanométricos en películas de silicio (algo muy difícil de lograr con las técnicas fotolitográficas convencionales). Los autores han logrado escribir las letras “NATURE” (como muestra la figura) gracias a su sistema de control de la dirección, tamaño y morfología de las microgrietas resultado de la propagación de micromuescas introducidas en el silicio. El artículo muestra como fabricar canales rectos con una anchura de unos 10 nanómetros y curvos con una anchura de unos 120 nanómetros. La ventaja de la nueva técnica es que es compatible con las técnicas litográficas convencionales utilizadas en los circuitos integrados por lo que podría ser utilizada con facilidad en la industria de los semiconductores; por ejemplo, podrían ayudar a la fabricación de nanocables con geometrías predefinidas en chips. También podría tener aplicaciones en óptica y en sistemas basados en microfluidos. Nos lo cuenta el español Antonio J. Pons (Universidad Politécnica de Cataluña), “Materials science: Cracks tamed,” Nature 485: 177–178, 10 May 2012, quien se hace eco del artículo técnico de Koo Hyun Nam, Il H. Park & Seung Hwan Ko, “Patterning by controlled cracking,” Nature 485: 221–224, 10 May 2012.

Los autores del estudio han aprovechado una observación bien conocida por quienes microfabrican chips de silicio. Al deponer nitruro de silicio (Si3N4) a baja presión sobre una oblea de silicio, a veces, aparecen grietas que se propagan produciendo, a su vez, una nueva grieta en la oblea; lo curioso es que su sección es muy uniforme y que son fáciles de reproducir. En sus manos, esta observación se ha convertido en una nueva técnica de nanofabricación de canales en el silicio, tanto rectos como curvos. Las grietas en el nitruro de silicio tienden a propagarse en la dirección <110> produciendo una grieta en el substrato de silicio en la dirección (100), como muestra la figura. Controlando la orientación cristalina relativa de las capas atómicas del nitruro respecto a las del silicio (algo que se puede hacer con técnicas litográficas convencionales) se logra que las grietas se curven siguiendo un patrón bien definido. Para parar la propagación de las grietas se introducen puntos de parada mediante técnicas fotolitográficas. El proceso de fabricación es tan estable que se han llegado a obtener grietas de 7 cm de largo de solo unos 10 nm de grosor. El artículo muestra múltiples imágenes de los resultados obtenidos (incluyendo la escritura de algunas palabras en chino).

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