นาโนเทคโนโลยี  เทคโนโลยีการสร้างระดับนาโน  การสร้างโครงสร้างนาโนโดยเทคโนโลยีปัจจุบัน (2)
 
 

 
          การสร้างโครงสร้างโดยวิธีการลิโทกราฟีนั้น  เปรียบเหมือนกับการแกะสลักหรือการวาดแบบบพื้นผิวของแข็ง (ก็คือเป็นการจัดการกับของแข็งชิ้นใหญ่นำมาแกะสลักให้เป็นของชิ้นเล็กลง)   ซึ่งเทคโนโลยีลิโทกราฟฟีเป็นวิธีการหลักที่ถูกนำมาใช้ในวงการอุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์  ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา  แต่สำหรับการศึกษาทางด้านวิทยาศาสตร์ระดับนาโนนั้น  จำเป็นที่จะต้องพัฒนาวิธีการของเทคโนโลยีลิโทกราฟีนี้ให้สามารถก่อสร้างโครงสร้างในระดับนาโนเมตรได้  เพราะลิโทกราฟีในระดับนาโนไม่สามารถใช้แสงที่มองเห็นได้ในการจัดการ (แสงที่มีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400 - 700 นาโนเมตร ซึ่งใหญ่เกินกว่าโครงสร้างระดับนาโน) ดังนั้นจึงได้มีการพัฒนาหลากหลายวิธีการ  เพื่อให้วิธีการลิโทกราฟีสามารถที่จะใช้ผลิตโครงสร้างนาโนได้   
 
          นาโนลิโทกราฟี (nanolithography) เป็นวิธีการลิโทกราฟีในระดับนาโนเมตร โดยมากแล้ววิธีการนี้จะใช้ในกระบวนการของการผลิตสารกึ่งตัวนำหรือเซมิคอนดัคเตอร์ (semiconductor) เพื่อประกอบสำหรับสร้างเป็นแผงวงจรรวมหรือไอซี (IC) ของชิพคอมพิวเตอร์ รวมทั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ และมีแนวโน้มในการที่จะนำมาใช้สำหรับระบบเครื่องกลไฟฟ้าระดับนาโน  (nanoelectromechanical systems : NEMS) ซึ่งในปัจจุบันวิธีการนาโนลิโทกราฟีที่ถูกนำมาใช้งานเพื่อสร้างโครงสร้างระดับนาโนมีดังนี้
 
 
 

          วิธีการสร้างโครงสร้างนาโนโดยใช้วิธีการ dip-pen nanolithography (DPN) นี้  เป็นการสร้างโครงสร้างระดับนาโนที่เราต้องการลงบนพื้นผิวต่าง ๆ โดยการเขียนลงบนพื้นผิวโดยตรง (เหมือนกับการเขียนด้วยปากกาหมึกซึม) วิธีการนี้จำเป็นที่จะต้องใช้ปากกาที่มีขนาดระดับนาโน ดังนั้นจึงต้องใช้ปลายแหลมของเครื่อง AFM เป็นเสมือนปากกาเขียนและเป็นที่เก็บน้ำหมึก (ซึ่งก็คืออะตอมหรือโมเลกุล) เมื่อใช้ปลายแหลมลากผ่านพื้นผิวของวัตถุ  ก็จะเกิดร่องรอยของแนวเส้นหรือแถวของอะตอมที่ใช้เป็นน้ำหมึกบนพื้นผิวของวัตถุ ทำให้เกิดเป็นโครงสร้างระดับนาโนได้ (หรืออาจจะเรียกได้ว่าเป็นเครื่องมือแบบ scanning probe lithography)   การสร้างโครงสร้างนาโนด้วยวิธีการนี้แสดงได้ดังภาพ

 
หลักการสร้างโครงสร้างตามวิธีการ dip-pen nanolithography (DPN)
 
            ของเหลวที่เป็นตัวทำละลาย (อาจจะเป็นน้ำหรือตัวทำละลายที่เหมาะสม  โดยที่ไม่ทำให้พื้นผิวตั้งต้นนั้นเกิดการละลาย)  ที่ปกคลุมอยู่ระหว่างปลายแหลมของเครื่อง AFM และพื้นผิวตั้งต้น  เป็นตัวควบคุมการดำเนินการส่งผ่านอะตอมของหมึกจากปลายแหลมของ AFM ไปสู่พื้นผิวที่ต้องการ  จากนั้นอะตอมของหมึกก็จะทำปฏิกิริยากับพื้นผิวตั้งต้น  จนเกิดเป็นโครงสร้างนาโนที่มีความเสถียรขึ้นมาได้  ซึ่งหมึกสามารถใช้ได้ทั้งที่เป็นสารประกอบทางชีวภาพ อย่างเช่น  เดนไดรเมอร์  พอลิเมอร์  หรือสารประกอบทางเคมีพวกที่เป็นกำมะถัน (thiol) เช่น  alkanethiols  หรือโมเลกุลทางชีวภาพ  อย่างเช่น  ดีเอ็นเอ  แอนติบอดี้  หรือโปรตีน           
 
โครงสร้างนาโนที่เป็นบันทึกคำกล่าวของ ดร.เฟย์แมน ที่เป็นตัวอย่างแรกของการใช้วิธีการ DPN ในการสร้างโครงสร้างระดับนาโนเมตรได้
 
โครงสร้างนาโนที่ได้จากวิธีการ DPN
 
เกิดจากการใช้ปลายแหลมของเครื่อง AFM โดยใช้อนุภาคของกำมะถันเป็นหมึกเขียนลงบนพื้นผิวทองคำ
 
เกิดจากการใช้ปลายแหลมของเครื่อง AFM โดยใช้อนุภาคทองคำเป็นหมึกเขียนลงบนพื้นผิวซิลิกอน
 
 
 

          nanosphere lithography (NSL) เป็นอีกวิธีการหนึ่งในกลุ่มของนาโนลิโทกราฟี  โดยมีแนวทางหลักในการสร้างนั้น  เป็นการสร้างช่องหรือรูไว้ก่อนที่จะก่อสร้างโครงสร้าง  โดยการวางแบบ (pattern) ที่ต้องการจะสร้างบนพื้นผิวก่อน  จากนั้นใช้เนื้อวัสดุที่ต้องการสร้างจริงทำการเคลือบปกคลุมแบบที่วางเอาไว้ให้ทั่ว  หลังจากนั้นก็เอาแบบที่วางไว้ตอนแรกออก  ก็จะได้เป็นโครงสร้างในระดับนาโนที่เกิดขึ้นบริเวณที่เป็นช่องหรือรูจากแบบที่วางขึ้นมาได้ ตัวอย่างเช่น  ถ้าหากนำลูกหินกลมมาเรียงบนแผ่นกระดานจนเต็มพื้นผิวตั้งต้น โดยอัดให้แน่นที่สุดเท่าที่จะทำได้  หลังจากนั้นใช้สีฉีดพ่นไปบนลูกหินกลมจนทั่วทั้งหมด จะพบว่าเมื่อนำลูกหินกลมเหล่านั้นออกจากแผ่นกระดานของพื้นผิวตั้งต้น สีสเปรย์ที่ฉีดพ่นลงไปจะปรากฎอยู่บนพื้นผิวตั้งต้นเป็นหย่อมๆ โดยทุกจุดจะมีรูปทรงคล้ายสามเหลี่ยม แต่มีด้านที่เว้นเข้าข้างในดังภาพ (เกิดจากสีที่ถูกพ่นผ่านช่องว่างเล็กระดับนาโนที่อยู่ระหว่างลูกหินกลมที่วางตัวอยู่ติดกัน)  ทำให้ได้โครงสร้างระดับนาโนของสีที่ถูกฉีดพ่นลงไป

 
หลักการสร้างโครงสร้างนาโนโดยวิธีการ Nanosphere lifoff lithography
 
          วิธีการสร้างโครงสร้างนาโนนี้เป็นผลงานของคณะวิจัย Rick Van Duyne ที่ใช้วิธีการ Nanosphere lifoff litrography นี้ ซึ่งสามารถใช้กับพื้นผิวได้หลายชนิดเช่นเดียวกันกับโมเลกุลที่พ่นลงไป นอกจากนี้ยังสามารถพ่นโมเลกุลทับได้หลายชั้น วิธีการนี้แตกต่างจากการใช้เครื่องมือกลุ่ม SPM หรือ วิธีการ DPN ก็คือทรงกลมนาโนที่เป็นเป็นลูกหินกลมอาจใช้เป็นจำนวนมากนับพันๆ หน่วย ดังนั้นจึงสามารถสร้างจุดนาโนได้เป็นจำนวนมากในครั้งเดียวกัน
 
ขั้นตอนการสร้างแต่ละขั้นจนได้เป็นโครงสร้างระดับนาโนตามแนวทางของ nanosphere lifoff lithography
 
 
 
          electron beam lithography (EBL) เป็นอีกวิธีการหนึ่งของนาโนลิโทกราฟี  ซึ่งเป็นวิธีการสร้างโครงสร้างระดับนาโนโดยการใช้ลำอนุภาคอิเล็กตรอนจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน  เพื่อสร้างแบบแผนเฉพาะของโครงสร้างอย่างละเอียดบนพื้นผิววัตถุตั้งต้น ซึ่งวิธีการนี้ถูกนำมาใช้มากในอุตสาหกรรมการสร้างแผงวงจรไฟฟ้าในปัจจุบัน
 

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ถูกนำมาใช้ในการสร้างโครงสร้างนาโนโดยวิธีการ EBL

 
          คือ ใช้คอมพิวเตอร์ในการควบคุมการปล่อยลำกระสุนอิเล็กตรอน (โดยต้องให้แคบลงในระดับนาโนเมตร) ลงสู่พื้นผิวของวัตถุ  ซึ่งเป็นพื้นผิวที่ถูกเคลือบด้วยฟิล์มบางตามแบบแผนที่ได้ออกแบบไว้ (อาจจะเป็นพื้นผิวของพอลิเมอร์) ทำให้เกิดร่องรอยการเปลี่ยนแปลงบนพื้นผิวที่ได้เคลือบไว้  จากนั้นก็ทำการระเหยอนุภาคที่ต้องการเพื่อเคลือบและใช้เป็นโครงสร้างนาโน  จากนั้นก็จะนำทั้งส่วนที่ระเหยไปเคลือบและส่วนที่เคลือบด้วยฟิล์มบางออก  สุดท้ายก็จะได้โครงสร้างนาโนตามแบบที่ได้กำหนดไว้โดยลำอนุภาคอิเล็กตรอน  ซึ่งการสร้างโครงสร้างนาโนที่เกิดขึ้นนี้จะมีความแม่นยำสูง และวิธีการนี้สามารถนำไปใช้ได้กับหลากหลายพื้นผิววัสดุอีกด้วย
 
ขั้นตอนการทำงานตามวิธีการของ EBL
 
 
โครงสร้างนาโนที่ได้จากวิธีการ EBL
 
Split-ring resonator ของทองคำ
 
LEDs ที่แต่ละอันมีขนาดเพียง100 นาโนเมตร
 

คำศัพท์คณิตศาสตร์ที่น่าสนใจ

หมวด : | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

    ศัพท์เคมี    ศัพท์คณิตศาสตร์   ศัพท์ฟิสิกส์   

  บทความวิทยาศาสตร์      ศัพท์ชีววิทยา      สื่อการสอนฟิสิกส์      ศัพท์วิทยาศาสตร์

พจนานุกรมเสียง 1   แมว    วัว 1    วัว 2    วัว 3   

เหมียว   แกะ     พจนานุกรมภาพการ์ตูน

พจนานุกรมภาพเคลื่อนไหว   ดนตรี  Bullets แบบ JEWEL 

พจนานุกรมภาพต่างๆ  ภาพเคลื่อนไหวของสัตว์ต่างๆ  โลกและอวกาศ

อุปกรณ์และเครื่องมือต่างๆ

 

การเรียนการสอนฟิสิกส์ 2  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

 

 1. ไฟฟ้าสถิต   2.  สนามไฟฟ้า   3. ความกว้างของสายฟ้า 

4.  ตัวเก็บประจุและการต่อตัวต้านทาน 

5. ศักย์ไฟฟ้า   6. กระแสไฟฟ้า  7. สนามแม่เหล็ก   8.การเหนี่ยวนำ

9. ไฟฟ้ากระแสสลับ   10. ทรานซิสเตอร์  11. สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเสาอากาศ 

12. แสงและการมองเห็น

13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ 14. กลศาสตร์ควอนตัม   

15. โครงสร้างของอะตอม   16. นิวเคลียร์   

17. การสอนไฟฟ้าแม่เหล็กของมหาวิทยาลัยรังสิต

กลับหน้าสารบัญ

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

หนังสืออิเล็กทรอนิกส์