Multi-functional pore arrays in silicon
- Reference number
- RMA08-0090
- Start and end dates
- 090701-150630
- Amount granted
- 18 721 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Porous materials and layers have interesting properties that change dramatically depending on the pore scale, depth etc. By filling with another material they can also become hosts for functional materials with many new applications. In this proposal we will study regular arrays of pores in silicon, or in thin silicon membranes, where dimensions are accurately controlled at a micro- or nanoscale using advanced silicon process technologies. Such pore arrays will have many applications and we have selected three areas of interest: (1) Superhydrophobic surfaces and a modelling of their dependence on structural size and shape, (2) Pore arrays filled with scintillator material or metals for X-ray imaging applications and finally (3) nanopores in a thin membrane for use in coming high-speed DNA sequencing technologies. A common theme in all three subprojects is the development and fabrication of pore arrays which then acts a driver for the technology towards smaller sizes, higher aspects ratios and better precision. Another common theme is wetting properties at the micro/nanoscale and an understanding and use of it in various applications. The work will be performed in close collaboration between three groups at KTH: One at Materials Physics in Kista and the other two at the surface chemistry and biotechnology department respectively. The project will involve 4 PhD students and a senior researcher at full time.
Popular science description
Porösa material och skikt har många intressanta egenskaper. Bland annat har de en mycket stor inre yta i förhållande till volymen vilken kan utnyttjas t ex för katalys och annan kemisk bindning. Man kan också fylla den inre volymen med något annat material och ge det ursprungliga materialet nya egenskaper. Man talar då om ’funktionaliserade’ material eller ytor. Ofta beror de nya egenskaperna på storleken på porerna eller strukturen i den resulterande ytan. I detta projekt vill vi studera matriser av porer i kisel, dvs välordnade ytor/skikt där porerna kanske befinner sig någon mikrometer från varandra men har ett djup på kanske hundratals mikrometer. Med modern processteknik i kisel kan man nämligen åstadkomma detta med mycket hög precision – ända ner i nanometer-området. Vi har valt att fokusera på tre intressanta områden som har användningar bortom traditionell kiselteknologi: (1) Hydrofoba ytor, (2) Porer fyllda med scintillator material eller metall samt (3) Membraner med nanometerstora hål. Hydrofoba ytor stöter bort vatten och genom att använda en mycket speciell struktor i kisel har vi kunnat påvisa ”superhydrofobicitet” vilket innebär att vattendroppar studsar på ytan och bildar små klot, dvs ingen vätning av ytan sker. Detta har tillämpningar (jämför t ex vattenavstötand kläder) inom bl a kemisk processindustri och våra strukturerade kiselytor kan tjäna som modellförsök för förståelsen av superhydrofobicitet. Porer i kisel fyllda med scintillatormaterial är en av oss patenterad teknik för att detektera röntgenstrålning med hög lateral upplösning. Dessa porer fungerar då som ljusledare ned till en underliggande bilddetektor. Tekniken utvecklas nu vidare av det två år gamla företaget Scint-X där första applikationen blir en tandläkar- röntgendetektor. I detta projekt vill vi bl a utveckla tekniken mot mindre porer för att öka upplösningen ytterligare ned mot ~1 µm. I det tredje projektet ska vi tillverka tunna membran, kanske 30 nm tjocka, och etsa porer i dessa med mycket liten diameter, ca 2 nm! Håller porerna denna storlek så släpper de nämligen bara igenom enkelsträngad DNA och det skulle göra det möjligt att avläsa DNA basbar efter baspar när de tränger ut genom hålen. Med miljontals sådana hål i en matris, skulle man kunna läsa ut ett helt mänskligt genom på mycket kort tid – kanske några dagar. Detta ger fantastiska framtida möjligheter i form av individuellt anpassad medicinering, prediktion av sjukdomar mm.