Ultrageluid als beeldvormende techniek

Onderzoekers Gerard Verbiest, Ruben Guis en Martin Robin

De methode gebruikt hetzelfde principe als medische echoscopie, maar dan op veel kleinere schaal. De bestaande niet-destructieve technieken om nano-elektronica in beeld te brengen, zoals licht- en elektronenmicroscopie, zijn niet nauwkeurig genoeg of zijn niet toepasbaar voor dieper liggende structuren. Een bekende 3D-techniek op macroschaal is ultrageluid. Het voordeel is daarbij dat het voor elk sample werkt. Ultrageluid is daarmee een hele goede manier om de 3D-structuur van een niet-transparant sample op een niet-destructieve manier in kaart te brengen. Desondanks bestond er nog geen ultrageluid-technologie op nanoschaal. De resolutie van ultrasound imaging wordt immers sterk bepaald door de golflengte van het gebruikte geluid, en die ligt typisch in de buurt van een millimeter. Om dit te verbeteren werd ultrageluid al eerder geïntegreerd in een zogenoemde Atomic Force Microscope (AFM). AFM is een techniek waarmee heel precies met een minuscule naald oppervlakken kunnen worden afgetast en in kaart gebracht. Dit heeft als voordeel dat niet de golflengte maar de grootte van de tip van de AFM de resolutie bepaalt. Maar helaas is bij de tot nu toe gebruikte frequenties (1…10 MHz) de respons van de AFM klein en onduidelijk. De frequentie van het gebruikte geluid moest dus opgevoerd tot in het GHz-bereik, en dat is wat hier is gedaan. Deze frequentie is gerealiseerd met foto-akoestiek. Door gebruik te maken van het foto-akoestisch effect kunnen extreem korte geluidspulsjes worden gegenereerd. Deze techniek wordt nu geïntegreerd in een AFM. Met de tip van de AFM kan het signaal worden gefocusseerd. De nieuwe methode is vooral interessant voor de nano-elektronica. Wanneer men in de toekomst nog kleinere chips met nog kleinere patronen wil maken, dan moet deze stap worden gezet, bijvoorbeeld om twee laagjes met nanometerprecisie op elkaar te leggen.