Picosecond Ultrasonics for Nanoscale Subsurface Structural Characterization
Met geluid door metaal kijken: nieuwe lasertechniek onthult verborgen nanostructuren
Natuurkundige Maksym Illienko ontwikkelde een nieuwe techniek waarmee verborgen nanostructuren zichtbaar kunnen worden gemaakt met behulp van geluidsgolven en ultrasnelle lasers. De methode maakt het mogelijk om extreem kleine structuren onder ondoorzichtige materialen te detecteren - zelfs wanneer die met gewone microscopen onzichtbaar blijven.
Het onderzoek richt zich op zogenoemde picoseconde-ultrasound, een vorm van hypersound waarbij geluidsgolven met extreem hoge frequenties worden opgewekt door ultrasnelle lasers. Waar licht vaak wordt tegengehouden door materialen zoals metaal, kunnen geluidsgolven daar wel doorheen reizen. Dat principe vormt de basis van de nieuwe beeldvormingstechniek.
Illienko slaagde erin nanostructuren onder metaallagen te detecteren en te karakteriseren. Deze structuren zijn kleiner dan een honderdste van de dikte van een mensenhaar en zo klein dat conventioneel licht ze niet kan onderscheiden. Volgens hem opent dit nieuwe mogelijkheden om objecten te onderzoeken die tot nu toe verborgen bleven voor bestaande meetmethoden.
Naast de praktische demonstratie onderzocht Illienko ook hoe hypersound precies wordt gegenereerd en gemeten met ultrasnelle lasers. Dat proces blijkt complex, maar een beter begrip ervan kan leiden tot snellere en nauwkeurigere metingen op nanoschaal.
De uitkomsten zijn interessant voor de halfgeleiderindustrie. Fabrikanten van chips voor smartphones, computers en andere elektronische apparaten moeten tijdens het productieproces voortdurend controleren of de interne structuren van chips correct worden opgebouwd. Naarmate chips kleiner en ingewikkelder worden, neemt ook de behoefte toe aan technieken die onder het oppervlak kunnen kijken zonder het materiaal te beschadigen.
Traditionele optische inspectiemethoden lopen daarbij tegen grenzen aan, omdat licht moeilijk door ondoorzichtige materialen heen dringt. De nieuwe methode gebruikt juist geluidsgolven, die dieper kunnen doordringen. Daardoor kan de techniek in de toekomst helpen bij het inspecteren van de volgende generatie halfgeleiders en elektronische componenten.
Volgens Illienko biedt de technologie uiteindelijk perspectief op efficiëntere kwaliteitscontrole, betrouwbaardere chips en verdere miniaturisatie van elektronica.
Meer informatie over het proefschrift
