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IBM微型3D列印機印出世界上最小的雜誌封面

上網時間: 2014年04月29日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:3D  印表機  3D列印  石墨烯  NanoFrazor 

在日前於華府舉行的美國科學與工程節(USA Science & Engineering Festival)中,IBM與《國家地理雜誌》兒童版(National Geographic Kids)共同展示以IBM微型 3D 印表機列印出號稱是世界上最小的雜誌封面,其尺寸僅11×14微米(小到可在1顆鹽粒中容納2,000頁),完成一頁封面列印只需10分鐘。

IBM蘇黎世研究實驗室開發的這款微型 3D 列印機能夠在軟性聚合物寫入奈米級解析度的圖案,隨後可再轉移至矽晶片、III-V族(砷化鎵;GaAs)或石墨烯基底上。相較於電子束(e-beam)微影,當工程師經由顯微鏡下觀看這種圖案時,還能進行寫入或讀取以實現即時驗證。

「相較於電子束,最大的差別在於你可以輕易地寫入3D圖案,而這對於電子束技術而言極具挑戰性。」此外,IBM Research的科學家Colin Rawlings指出,「另一項較大的差別是它的成像能力──我們不但能讀取,也能寫入。在建立 3D 圖案後,我們可使其作為原子力顯微鏡(AFM),以次奈米級解析度進行測量──這讓我們得以驗證 3D 圖案,同時輕鬆地找出聚合物層下方的結構。

請點選圖片連結觀看視訊
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蘇黎世新創公司SwissLitho AG已取得了這款微型 3D列印機的授權,並將其稱為 NanoFrazor ──取自英文razor與德文milling machine的複合字。SwissLitho將這款 NanoFrazor 打造成像是具有奈米級解析度的銑床,它在許多方面的性能都超越了電子束,且其成本更低,約50萬美元──電子束通常得花費150萬美元至3,000萬美元之間。

「這款3D列印機 NanoFrazor 適用於各種應用的快速原型,」Rawlings表示,「它可實現每秒毫米級的掃描速度,並採用一個安裝在可彎曲懸臂的專用加熱探頭,該懸臂長700nm,而加熱探頭半徑僅10nm。」

IBM的3D列印機採用像原子力顯微鏡般的作業方式
IBM的3D列印機採用像原子力顯微鏡般的作業方式,但帶有一個可用於雕塑3D奈米級解析度圖案的加熱探頭。
(來源:IBM)

當讀取圖案的測量深度達次奈米級精確度時,線寬精確度為10nm,而3D深度精確度為1nm。IBM期望能透過微影轉移技術,在2014年年底以前在III-V族和石墨烯材料中實現原型穿隧場效應電晶體(FET)。

「我們先沈積聚合物層,然後矽晶或III-V族材料層,然後再沈積另一個聚合物層,」Rawlings表示,「在寫入後切換到整個聚合物均勻變薄的系統中,在圖案形成處產生孔洞。然後再用標準技術蝕刻穿透聚合物至基底下方,形成一個可經由圖案孔洞沈積材料的光罩。」

3D列印機的加熱探頭
3D列印機的加熱機制長700nm,但探頭半徑僅10nm,可實現奈米級解析度。
(來源:IBM)

IBM並嘗試將該3D列印技術用於量子運算應用中,以傳統微影技術無法實現的方式製作出可在晶片上控制與操縱光的圖案。IBM表示,用於實現量子原型的系統特色之一在於可形成3D圖案為角落導光,從而減少導光時的光散射問題。

SwissLitho公司看好製造顯微透鏡與波導的光電公司以及開發微型分類機器以區別個別活細胞的生科用戶都將會對這款機器十分感興趣。同時,還有一家安全公司打算用 NanoFrazor 制作微型防偽標籤,保護重要的檔案、貨幣、護照與無價藝術品免於被偽造的風險。

內含IBM微型3D列印機的NanoFrazor售價約50萬美元
SwissLitho已經取得IBM的微型3D列印機授權,並裝置於圖中的NanoFrazor機器中,售價約50萬美元。
(來源:SwissLitho)

IBM開發出微型3D列印機的實驗室,剛好就是德國科學家Gerd Binnig發明原子力顯微鏡(AFM)以及掃描穿隧式顯微鏡(STM)的同一地點。Gerd Binnig與Heinrich Roher共同開發出 STM ,並於1986年獲得諾貝爾獎。

SwissLitho公司已經為加拿大麥吉爾大學(McGill University)的奈米工具微型實驗室(Nanotools Microfab Lab)推出首款NanoFrazor了,它將用於製作創新的奈米級元件原型。McGill University的首款應用是製作出尺寸僅300微米的奈米級加拿大地圖。

編譯:Susan Hong

(參考原文:IBM's 3D Printer to Revolutionize Chip Prototyping,by R. Colin Johnson)





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