Nanomekanik: diamanter är för alltid | npg asia material

Nanomekanik: diamanter är för alltid | npg asia material

Anonim

En mekanisk nanoskalaomkopplare tillverkad av enkristalldiamant visar hög robusthet och reproducerbarhet

Tidiga beräkningsmaskiner konstruerades med hjälp av mekaniska spakar och ställdon, som senare ersattes av elektroniska maskiner som var snabbare och mer pålitliga. När storleken på enheterna fortsätter att krympa har emellertid rörliga mekaniska delar återinförts för att uppnå nya funktioner. Moderna nano- och mikroelektromekaniska system kombinerar nu elektriska och mekaniska funktioner för att uppnå en mängd funktioner, inklusive avkänning och kommunikation.

De flesta nanoelektromekaniska enheter är tillverkade av kisel. Mekaniska kiselkomponenter tenderar emellertid att klibba och brytas, vilket gör enheterna opålitliga vid höga temperaturer eller i extrema miljöer. Diamant är styvare, hårdare och mer motståndskraftig mot korrosion, men den lider också av dålig tillförlitlighet och reproducerbarhet på grund av föroreningar och svagheter på korngränserna i de polykristallina diamantmaterial som hittills använts i sådana system. Meiyong Liao och kollegor vid National Institute for Materials Science i Japan har nu producerat en nanoelektromekanisk anordning tillverkad av enkristalldiamant som löser dessa problem. 1

Forskningsteamet odlade ett lager av ledande, bor-dopad diamant på ett isolerande diamantsubstrat, som sedan mönstrades och etsades för att göra kantilevar och broar hundratals nanometer breda och upp till 16 μm långa. Denna diamant-på-diamant-strategi undvikte den strukturella missanpassningen som uppstår mellan diamant och ett substrat av ett annat material. Detta tillvägagångssätt ger också mekaniska strukturer som ligger parallellt med underlaget och som är utformade för att röra sig i sidled, i motsats till de flesta kiselanordningar, som är vertikalt orienterade. En annan fördel med detta tillverkningssystem är att många enheter kan tillverkas på en gång - ett centralt krav för massproduktion.

Image

Fig. 1: En nanoelektromekanisk omkopplare tillverkad av enkristalldiamant. Ledningen dras eller skjuts för att skapa eller bryta kontakten mellan källan och dräneringselektroderna. © 2010 Wiley-VCH

De tillverkade diamantkantilverstrukturerna fick flytta och växla mellan två kontakter genom att anbringa en spänning på närliggande elektroder. Förutom att de var beständiga mot klibbning uppvisade anordningarna höga förhållanden mellan på och av strömmar, var stabila vid höga temperaturer och kunde produceras med jämna prestandaegenskaper. På grund av diamantens höga styvhet kan anordningarna dessutom arbeta vid höga frekvenser. "Vi kan nu producera olika resonatorer och sensorer med förbättrad prestanda, och eftersom enkristalldiamanteknologi förbättras och kostnaderna sjunker, kan diamantnanoelektromekaniska apparater börja konkurrera med sina kisel motsvarigheter."

Författare

Denna forskningshöjdpunkt har godkänts av författaren till den ursprungliga artikeln och alla empiriska data som finns i har tillhandahållits av nämnda författare.