Je leest:

Deur naar nanolab gaat open

Deur naar nanolab gaat open

Kennislink krijgt een rondleiding door Nederlands nieuwste nanolab

Auteur: | 23 december 2009

Nieuwe nanotechnologie rolt overal ter wereld uit de laboratoria. Maar hoe ziet zo’n ‘nanolab’ er van binnen eigenlijk uit? Kennislink neemt een kijkje achter de schermen in het nieuwe Van Leeuwenhoek Laboratorium in Delft.

Salmonella-detectors, minuscule luidprekers, onvoorstelbaar snelle computers; niets lijkt meer onmogelijk dankzij nanotechnologie. Of anders gezegd, knutselen op een miljardste meter (een nanometer). Wij zien alleen de resultaten van dit harde werk, maar wetenschappers zijn jaren bezig in hun lab om deze nieuwe snufjes aan de praat te krijgen.

Eén zo’n lab is het nieuwe Van Leeuwenhoek Laboratorium, waar sinds 4 november zowel TNO als de TU Delft werken. Geen beter excuus om een kijkje te nemen op de plek waar de piepkleine technologie wordt uitgevonden. En wat opgaat voor de Large Hadron Collider geldt blijkbaar ook voor nanotech: hoe kleiner het ding is waar je aan werkt, hoe groter de instrumenten zijn die je nodig hebt.

In deze plasmareiniger kunnen spiegels van wafersteppers (machines die chips maken) schoon worden gemaakt die vervuild zijn met lagen koolstof van enkele nanometers dik. En blijkbaar is de reiniger ook handig om medische scalpels mee te steriliseren.
Dino Hajdarbegovic

Luchtsluis

Nergens zie je het verschil tussen groot en klein zo duidelijk als bij het dynamic gas lock (DGL) testkamer, een machine die zo groot is dat we er niet eens een goede foto van kunnen maken. De machine is een soort luchtsluis die bestaat uit twee vacuüm kamers met een verbindingsstuk ertussen (het gas lock). TNO ontwierp het apparaat om wafersteppers nog kleinere chips te laten maken. En dan niet een beetje kleiner – de metalen lijntjes op een chip zijn nu zo’n 50 nanometer breed. Het DGL is ontworpen om een versmalling van die lijntjes mogelijk te maken tot een minuscule 22 nanometer.

Om tot 22 nanometer te komen gebruikt de machine röntgenstraling met een golflengte van 13,5 nanometer om lijntjes in de ronde plakken silicium (wafers) te ‘branden’ (lithografie). Maar dat levert een probleempje op, want de röntgenstraling verdampt ook een deel van de lichtgevoelige laag op de wafers. Die vervuilende damp mag niet in de rest van de waferstepper komen. Om de rest van de machine te beschermen tegen de damp bedacht TNO daarom een speciale barrière: eentje van gas.

Het dynamic gas lock, een soort luchtsluis die bestaat uit twee vacuüm kamers met een verbindingsstuk (zie uitvergroting). Door het verbindingsstuk stroomt een barrière van gas dat de ene kamer beschermt tegen vervuiling uit de andere.
Dino Hajdarbegociv

De gasbarrière is eigenlijk een bizarre oplossing. Want hoe kan er nou gas stromen door een kamer die vacuüm is? Na jaren sleutelen kwam TNO tot de oplossing: het gas in de sluis wordt zó hard weggepompt dat het niet naar de kamers kan lekken.

Wat voor gas praten we dan over? Helaas, dát mogen we niet weten tijdens de rondleiding over het lab. TNO heeft de DGL-testkamer speciaal voor een klant gebouwd, en die heeft liever niet dat de details in de handen van de concurrent vallen. Want hoewel het lab op de campus van de TU Delft staat, is de helft van de 30 labs en 46 cleanrooms die het gebouw rijk is bezet door TNO.

Onze gids (die als afdelingshoofd Semiconductor Equipment werkt bij TNO) haast zich erbij te vertellen dat de TU en TNO beste maatjes zijn in het nanolab. Waar de één vooral lange termijn onderzoek doet, werkt de ander voor klanten die een innovatieve oplossing willen, en het liefst gisteren. De twee maken daarom gretig gebruik van elkaars kennis en instrumenten.

Instrumenten zoals de NANOMEFOS. Dit is waarschijnlijk het enige apparaat ter wereld dat lenzen met een vreemde vorm (freeform) geautomatiseerd kan testen. Een freeform lens is 5 lenzen in 1, maar krijgt daardoor zo’n rare vorm dat geen enkel apparaat de lens meer kan checken op kwaliteit. Behalve de NANOMEFOS dan.
Dino Hajdarbegovic

Verhuiswagens

Eén gebied waar TNO en de TU allebei erg goed in zijn is ruimtevaart. In het Van Leeuwenhoek Lab doen ze veel onderzoek naar optische instrumenten voor satellieten. Alle plaatjes van het KNMI van ozon en CO2 in de atmosfeer komen bijvoorbeeld van TNO-camera’s aan boord van zo’n satelliet.

Het testen van die optische instrumenten gaat op een hele aparte manier. Bovenop het gebouw staat een onopvallend koepeltje. Als je niet beter weet, zou je zeggen dat het een uit z’n krachten gegroeide schoorsteen is. Maar nee, het komt nog het meest in de buurt van een sterrenwacht. ’s Nachts gaat het koepeltje open en valt er sterrenlicht in een pikdonkere kamer. Dat is de beste manier om de optische instrumenten bij echt sterrenlicht te testen.

Op het dak van het Van Leeuwenhoek Lab staat een klein koepeltje. Als een sterrenwacht laat het sterrenlicht binnen zodat de instrumenten voor de satellieten getest kunnen worden.
Dino Hajdarbegovic

Instrumenten testen voor ruimtevaart is precisiewerk. De onderzoekers werken met lasers die er geen nanometer naast mogen zitten. Maar het lab staat aan een drukke weg. Eén langsrijdende vrachtwagen die de tafel doet trillen en de meting kan opnieuw. Daarom is het Van Leeuwenhoek Lab gebouwd op een gigantisch blok beton. Zelfs een konvooi verhuiswagens stoort de wetenschappers nu niet meer in hun metingen.

Bloeddruk

Naast ruimtevaart, computers en lenzen wordt er in het nanolab ook nog eens gewerkt aan medische instrumenten. Zoals een sensorchip die werkt met licht in plaats van elektriciteit om bloeddruk en -temperatuur te meten in het hart. De chip is gemaakt met draden van een paar honderd nanometer dik die licht over de chip sturen. Als de druk verandert, reageert de chip met de snelheid van het licht.

Op de foto is het hart van de sensor te zien: de ringvormige nanodraad. Het licht (de rode vlek links) wordt aangevoerd met een glasfiber en via de draad de sensor ingeleid. Het uitgaande licht van de sensor wordt door een andere draad afgegeven aan de fiber aan de rechterkant.

Als de druk verandert op de sensor verandert, verandert de ringvormige nanodraad van vorm. Daarmee verandert ook de golflengte en dus de kleur van het uitgaande licht. Door deze kleurverandering in de gaten te houden, kan je de druk in de omgeving van de chip bepalen.

De draadvormige sensor loopt in een ovaal (midden). Door het draadje gaat een lichtstraal, aangevoerd door een glasfiber. Als de druk, temperatuur of zelfs de chemische omgeving (bijv. de zuurgraad) verandert, verandert ook de vorm van de ovaal. De lichtstraal doet dan langer of korter over de reis door het draadje. Door dit te meten, weet je of de druk toe- of afneemt.
TNO

In het nanolab zien we zo’n idee echt in de eerste fase. De bloeddruksensor zit nog echt in een proefstadium. Hier sleutelen onderzoekers erop los, op zoek naar het ideale materiaal, de juiste lengte en de beste lichtbron voor zo’n sensor. In de hoop dat de klant het goed genoeg vindt om het in productie te nemen.

Nanowereld

Volgens onze gids zijn labs zoals het Van Leeuwenhoek Laboratorium de toekomst voor nanotechnologie. De instrumenten zijn te groot en vooral te duur voor technische starters. In zo’n lab kunnen promovendi en MKB’ers voor een schappelijke prijsje gebruik maken van de apparatuur. En instituten als TNO de TU leren daar ook weer van.

En dat is belangrijk als het om nieuwe onderzoeksgebieden gaat. Want de nanowereld gaat langzaam voor ons open, met ongekende mogelijkheden voor elke denkbare toepassing. Nederland ligt nu op kop met nanotechnologie, en labs als dit zijn onmisbaar als we die voorsprong willen behouden.

Lees meer op Kennislink

Lees meer over het Van Leeuwenhoek Laboratorium

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 23 december 2009

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.