IBM-Forscher nutzen DNS zur Chipherstellung

Auf der Suche nach Techniken zur Herstellung von Chips mit Strukturbreiten unter 22 nm können Forscher von IBM und Paul W.K. Rothemund vom California Institute of Technology einen weiteren Erfolg verbuchen, indem sie Fotolithografie mit Selbstassemblierung kombinierten.

Dabei organisieren sich DNS-Moleküle in einer Origami-Struktur selbstständig auf Oberflächen, die zu der heutzutage in der Chipherstellung gebräuchlichen Ausrüstung kompatibel sind. Diese Strukturen können dann als Gerüst für Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Nanodrähte oder Nanopartikel dienen, die sich selbst präzise assemblieren könnten. Für die weitere Miniaturisierung in der Halbleiterproduktion interessant ist die neue Technik, da mit ihr wesentlich kleinere Strukturdimensionen möglich werden, als dies mit den heutzutage verfügbaren Techniken möglich ist. Zudem sollen durch die fortschreitende Miniaturisierung entstehenden Entwicklungskosten mit der neuen Technik gesenkt werden.

Die am Caltech entwickelten Techniken veranlassen einzelne DNS-Moleküle sich in Lösung durch eine Reaktion zwischen einem langen Einzelstrang viraler DNS und einer Mischung kurzer synthetischer Oligonukleotidstränge selbst zu assemblieren. Diese kurzen Segmente fungieren als Klammern, die die virale DNS durch komplementäre Basenpaarbindungen in die gewünschte zweidimensionale Struktur falten. Die kurzen Klammern lassen sich modifizieren um Anbindungspunkte für Komponenten im Nanobereich zu bieten. Die Auflösung, d. h. der Abstand zwischen zwei Anbindungspunkten, beträgt dabei lediglich 6 nm. Auf diese Weise können DNS-Nanostrukturen wie Quadrate, Dreiecke und Sterne mit Kantenlängen von 100 bis 150 nm und der Dicke einer DNS-Doppelhelix hergestellt werden.

Die lithografischen Masken wurden von IBM mit traditionellen Techniken angefertigt, die aktuell auch in der Chipproduktion zum Einsatz kommen. Mittels Elektronenstrahl oder optischer Lithografie wurden Reihen von Anbindungspunkten gefertigt, die in Form und Größe den einzelnen Origami-Strukturen entsprachen. Der Schlüssel für diesen Prozess war die Entdeckung des Maskenmaterials und der Ablagerungsbedingungen. Erst durch sie ist die hohe Selektivität der Origami-Bindungen möglich geworden, dank der die Strukturen sich nur an den vorgesehenen Orten ablagern.

Der von den Wissenschaftlern von IBM Research und am California Institute of Technology verfasste Aufsatz mit dem Titel „Placement and orientation of DNA nanostructures on lithographically patterned surfaces“ wird in der Septemberausgabe von Nature Nanotechnology erscheinen und ist für Abonnenten oder Gegen eine Einmalzahlung bereits online zugänglich.