Page 17 - เอกสารประกอบการเรียน หน่วยที่ 1
P. 17
วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีกับคุณภาพชีวิต
แสดงบนจอภาพที่เป็นมอนิเตอร์เช่นเดียวกันกับเครื่อง STM (และโดยหลักการเดียวกันนี้ก็สามารถ
ที่ใช้ปลายแหลมของคานนี้ในการสร้างแรงผลัก เพื่อเคลื่อนย้ายอะตอมแต่ละตัวของโครงสร้างวัสดุ
ได้เช่นเดียวกันอีกด้วย) วิธีการท างานของเครื่อง AFM ที่น ามาใช้งานทางด้านวิทยาศาสตร์ระดับนา
โน สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 วิธี วิธีการแรกเป็นการสัมผัสแบบต่อเนื่อง เป็นการสัมผัสพื้นผิว
พร้อมกับการลากปลายแหลมไปบนพื้นผิวนั้น ๆ ตลอดเวลา ข้อเสียของวิธีนี้คือ จะท าให้เกิดแรง
ต้านในแนวของการเคลื่อนที่ซึ่งขนานกับพื้นผิวขึ้น อันอาจท าให้คานของโพรบที่ใช้วัดเกิดการโก่ง
งอตัวหรือเกิดบิดเบี้ยวไป โดยที่มิได้เกิดจากแรงดึงดูดที่ปลายเนื่องจากแรงในแนวตั้งฉากเพียง
อย่างเดียว จึงท าให้ข้อมูลความสูงของพื้นผิวที่วัดได้นั้นอาจผิดไปจากความสูงที่แท้จริง วิธีการที่สอง
เป็นการสัมผัสแบบไม่ต่อเนื่อง เป็นการสัมผัสพื้นผิวโดยให้ปลายแหลมสัมผัสกับพื้นผิวเป็น
ระยะเวลาสั้น ๆ ในแนวตั้งฉากกับพื้นผิว (คล้ายกับการใช้ปลายนิ้วเคาะโต๊ะเป็นจังหวะ ๆ นั่นเอง)
ด้วยลักษณะการสัมผัสแบบนี้แรงต้านในแนวตั้งฉากจะไม่เกิดขึ้น แต่เนื่องจากปลายแหลมสัมผัส
พื้นผิวเป็นระยะสั้น ๆ จึงท าให้เกิดการสั่นของคาน ซึ่งจะส่งผลให้ค่าสัญญาณที่ตรวจวัดได้นั้นไม่
คงที่หรือไม่แม่นย าได้
กลุ่มวิธีการที่เรียกว่า นาโนลิโทกราฟี (nanolithography) การสร้างโครงสร้าง
โดยวิธีการลิโทกราฟีนั้น เปรียบเหมือนกับการแกะสลักหรือการวาดแบบบนพื้นผิวของแข็ง (ก็คือ
เป็นการจัดการกับของแข็งชิ้นใหญ่น ามาแกะสลักให้เป็นของชิ้นเล็กลง) ซึ่งเทคโนโลยีลิโทกราฟฟี
เป็นวิธีการหลัก ที่ถูกน ามาใช้ในวงการอุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ในช่วงหลายทศวรรษ
ที่ผ่านมา แต่ส าหรับการศึกษาทางด้านวิทยาศาสตร์ระดับนาโนนั้น จ าเป็นที่จะต้องพัฒนาวิธีการ
ของเทคโนโลยีลิโทกราฟีนี้ให้สามารถก่อสร้างโครงสร้างในระดับนาโนเมตรได้ เพราะลิโทกราฟีใน
ระดับนาโนไม่สามารถ ใช้แสงที่มองเห็นได้ในการจัดการ (แสงที่มีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400 -
700 นาโนเมตร ซึ่งใหญ่เกินกว่าโครงสร้างระดับนาโน) ดังนั้นจึงได้มีการพัฒนาหลากหลายวิธีการ
เพื่อให้วิธีการลิโทกราฟีสามารถที่จะใช้ผลิตโครงสร้างนาโนได้ นาโนลิโทกราฟี (nanolithography)
เป็นวิธีการลิโทกราฟี ในระดับนาโนเมตร โดยมากแล้ววิธีการนี้จะใช้ในกระบวนการของการผลิต
สารกึ่งตัวน าหรือเซมิคอนดัคเตอร์ (semiconductor) เพื่อประกอบส าหรับสร้างเป็นแผงวงจรรวม
หรือไอซี (IC) ของชิพคอมพิวเตอร์ รวมทั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ และมีแนวโน้มในการที่จะ
น ามาใช้ส าหรับระบบเครื่องกลไฟฟ้ าระดับนาโน (Nano Electro Mechanical Systems : NEMS)
ซึ่งในปัจจุบันวิธี การนาโนลิโทกราฟีที่ถูกน ามาใช้งานเพื่อสร้างโครงสร้างระดับนาโนมีดังนี้
วิธีการสร้างโครงสร้างนาโนโดยใช้วิธีการ dip-pen nanolithography นี้ เป็นการสร้างโครงสร้าง
ระดับนาโนที่เราต้องการลงบนพื้นผิวต่าง ๆ โดยการเขียนลงบนพื้นผิวโดยตรง (เหมือนกับการเขียน
17
