Koreanischen Forschern ist es gelungen, gezielt Risse mit vorgegebener Geometrie in einem spröden Material zu erzeugen. Das Team um Koo Hyun Nam vom Research Center of MEMS Space Telescope in Seoul erzeugte in einer Schicht aus Siliziumnitrid mit Hilfe von einige Dutzend Mikrometer langen Vorsprüngen Spannungen, die nanometerbreite Spalten mit genau definierten Längen und Formen erzeugten. Die Risse sind je nach Bedingungen gerade, geschwungen oder verzweigt und zwischen 10 und 120 Nanometer weit. Das Verfahren kann so auch ausgedehnte lineare Strukturen herstellen, die mit klassischen Methoden Stunden oder Tage erfordern würden – als Demonstration erzeugten Nam und Kollegen den Schriftzug "Nature" auf einer Oberfläche. Die Forscher sehen Potenzial insbesondere in der Mikrofluidik, bei nanostrukturierten Materialien oder gar in der Optik.

Bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen aus dünnen Schichten sind Risse ein wichtiges Problem: Sie entstehen, wenn zwischen Unterlage und Halbleiter eine mechanische Spannung entsteht, zum Beispiel wenn die Gitterstrukturen beider Materialien nicht zueinander passen. Nam und seine Kollegen verwendeten ein System, dessen Neigung zu Rissen berüchtigt ist: Eine dünne Schicht auf Siliziumnitrid auf Silizium. Allerdings reißen spröde Schichten nicht zufällig, sondern nach Gesetzmäßigkeiten, die es den Forschern nun erlauben, den Prozess gezielt zu starten, zu steuern und wieder zu beenden.

Mit Hilfe dreieckiger, spitz zulaufender Erhebungen auf der Siliziumoberfläche erzeugten sie Stellen, an denen die Spannung in der Nitritschicht über dem kritischen Schwellenwert für die Rissbildung liegt. Der entstehende Riss pflanzt sich linear in Richtung einer der Hauptachsen des unterliegenden Siliziumkristalls fort. Welche Form der Sprung in der Oberfläche annimmt, hängt vom Spannungsfeld in der dünnen Schicht ab, und das wiederum von den genauen Herstellungsbedingungen des Siliziumnitrids und der Kristallstruktur der Unterlage: Wie die Forscher zeigten, lenkt eine dünne Schicht Siliziumdioxid zwischen Unterlage und Nitrid die Risse in eine neue Richtung. Eine gestufte Erhebung im Untergrund stoppt die Rissbildung.

Mit ihrer Arbeit demonstrieren die Forscher, dass gezielt produzierte Risse definierte, großflächige Mikrostrukturen in Halbleiterschichten schon während ihrer Entstehung erzeugen können, insbesondere auch auf Größenskalen im Zentimeter- und Dezimeterbereich, die mit klassischer Lithographie und Ätzen nur sehr aufwendig herzustellen sind.