Способ, в основе которого лежит принцип детской книжки-раскладушки, поможет создать абсолютно новые 3D объекты для микроэлектроники.

Переход от плоских двумерных вещей к объемным трехмерным всегда открывает новые возможности – будь это высокотехнологичные 3D-кинотеатры и 3D-принтеры или что-то более простое. Например, превращение обычной детской книги в книгу-раскладушку, где каждый разворот представляет объемную красочную панораму, которая буквально поднимается со страниц. Физики из университета Иллинойса придумали совершенно новый способ, как сделать подобную «раскладную» структуру микроскопического размера.

Микроспираль из монокристаллического кремния. Цветная иллюстрация на основе фотографии, полученной с помощью электронной микроскопии.

В основу нового метода создания объемных структур микро- и нано-размера лег принцип детской книжки, в которой рисунок на плоскости превращается в объемную картину. Наверное, самая большая область, где подобное открытие окажется полезным, это микроэлектроника, конструирование миниатюрных оптических и электромагнитных устройств. Пока что авторы работы продемонстрировали только возможности новой разработки, но уже планируют использовать ее для решения реальных проблем. 

Принцип получения 3D-структуры: вдоль одного или нескольких направлений растягивается подложка из эластичного материала; на ней в определенных точках закрепляется плоская лента; подложка возвращается в исходное состояние, деформируя при этом закрепленную

В основе технологии получения трехмерных микроструктур – соединение материалов с разными свойствами: узкой ленты из монокристаллического кремния и  подложки из силикона (эластомера на основе кремния).  Как это работает? Сравним два объекта: длинную узкую полоску из монокристаллического кремния и пластинку из эластомера. Эти материалы по-разному реагируют на деформацию, например на растяжение и сжатие. Полоска монокристаллического кремния ведет себя подобно упругому металлу: сближая ее концы, полоску можно изогнуть в дугу. У эластомера другие свойства – его можно довольно сильно растянуть, а он вернется к своим первоначальным геометрическим размерам (именно так ведет себя обычная резина). 

Сначала растянем эластичную подложку из силикона  и закрепим на ней в определенных точках ленту из монокристаллического кремния. Если позволить подложке вернуться в исходное состояние, то полоска из монокристаллического кремния начнет деформироваться. Ей не останется ничего другого, как изогнуться в незакрепленных свободных участках и подняться над поверхностью силикона. В результате получится геометрически правильная спираль, прикрепленная к подложке. 

Варианты микроструктур, которые можно получить с помощью нового метода.

В зависимости от формы ленты, точек ее закрепления на поверхности и направлений растяжения подложки, можно получать самые разнообразные объемные структуры: от простых спиралей до сложных 3D-форм. Совмещая разработанный принцип с другими методами, можно добиться абсолютно новых трехмерных объектов микро- и нанометрового масштаба.