Onderzoekers van de KU Leuven (België) ontwikkelden een lithografieproces met hoge resolutie om metaal-organische raamwerkfilms (MOF) te modelleren. Dit werk, gepubliceerd in Natuurmaterialen, zal de integratie van deze materialen in microchips versnellen.
Metaal-organische raamwerken (MOF’s) zijn moleculaire sponzen die bestaan uit organische moleculen en metaalionen. “Er is een mooie toekomst voor deze materialen in hoogtechnologische geminiaturiseerde apparaten zoals low-power processors, resistief geheugen, sensoren en flexibele elektronica”, zegt professor Rob Ameloot van het KU Leuven Centrum voor membraanscheidingen, adsorptie, katalyse en Spectroscopie (cMACS). “Zowel de MOF- als de micro-elektronicagemeenschappen hebben ernaar gestreefd MOF’s in microchips te integreren, wat twee belangrijke technische stappen vereist: dunne filmafzetting en lithografische patroonvorming.”
In 2016 is de groep van Professor Ameloot ontstaan chemische dampafzetting van MOF dunne films, een methode die compatibel is met industriële chipfabricage. Nu gaat het team nog een stap verder door de directe lithografie van MOF-dunne films met nanometerresolutie te realiseren. Conventionele lithografietechnieken gebruiken een opofferingslaag, de zogenaamde fotoresist, om een patroon over te brengen in het gewenste materiaal. Het gebruik van fotoresist bemoeilijkt het proces en kan leiden tot vervuiling van de zeer poreuze MOF-films.
“Ons doel was om het gebruik van fotoresist te elimineren en toch MOF-patronen van hoge kwaliteit te hebben.” Zegt Min Tu, postdoctoraal onderzoeker aan de KU Leuven en eerste auteur van de paper. “Onze methode is gebaseerd op selectieve röntgen- of elektronenstraalbelichting van de MOF-film, die chemische veranderingen induceert die verwijdering door een gewoon oplosmiddel mogelijk maken. Dit proces vermijdt volledig de resistlaag, waardoor het aanbrengen van patronen aanzienlijk wordt vereenvoudigd terwijl de fysisch-chemische eigenschappen van het patroon behouden blijven. MOF’s intact. Bovendien kunnen we veel kleinere kenmerken van patronen voorzien dan voorheen mogelijk was, en onze techniek is al compatibel met bestaande nanofabricageprocessen. Om enkele van de mogelijkheden van deze methode te demonstreren, hebben we een fotonische sensor gemaakt die reageert op organische dampen. Wij zijn de eerste om de directe hoge resolutie lithografie van deze zeer poreuze materialen te realiseren. We hebben een opwindende manier gevonden om MOF-materialen op oppervlakken te modelleren. Nu is het tijd om ze te ontwerpen en in geminiaturiseerde apparaten te implementeren. ”
Min Tu et al. Directe röntgen- en elektronenbundellithografie van gehalogeneerde zeolitische imidazolaatraamwerken, Natuurmaterialen (2020). DOI: 10.1038 / s41563-020-00827-x
Natuurmaterialen
Geleverd door KU Leuven