Ny elektronstråleskriver muliggør næste generations biomedicinske og informationsteknologier

(Phys.org) —Den nye elektronstråleskriver, der er anbragt i Nano3-renrumsfaciliteten på Qualcomm Institute, er vigtig for elektroingeniørprofessor Shadi Dayehs to store forskningsområder. Han udvikler næste generation, nanoskala transistorer til integreret elektronik; og han er ved at udvikle neurale prober, der har kapacitet til at udtrække elektriske signaler fra individuelle hjerneceller og overføre informationen til en proteseanordning eller computer. For at opnå dette niveau af signaludvinding eller manipulation kræver det små sensorer, der er placeret meget tæt sammen for den højeste opløsning og signalopsamling. Indtast den nye elektronstråleskriver.

Elektronstrålelitografi (e-beam) gør det muligt for forskere at skrive meget små mønstre på store substrater med en høj grad af præcision. Det er et meget brugt værktøj inden for informationsteknologi og life science. Anvendelser spænder fra skrivemønstre på silicium og sammensatte halvlederchips til forskning i elektronisk udstyr og materiale til genomsekventeringsplatforme. Men evnen til at skrive mønstre på den skala, som Nano3-faciliteten giver - med dens mindste funktionsstørrelse på mindre end 8 nanometer på wafers med diametre, der kan være så store som 8 tommer - er unik i det sydlige Californien. Før anlægget åbnede tidligere i år, den nærmeste sammenlignelige e-beam forfatter var i Los Angeles. I en e-beam forfatter, unikke mønstre er "skrevet" på en siliciumwafer belagt med et polymerresistlag, der er følsomt over for elektronbestråling. Maskinen retter en snævert fokuseret elektronstråle mod overfladen, der markerer mønsteret, gør dele af resistbelægningen uopløselige og andre opløselige. Det opløselige område vaskes senere væk, afslører mønsteret, som kan have sub-10 nanometer funktionsdimensioner.

Bioingeniørprofessor Todd Coleman vil bruge den nye e-beam-skriver som et væsentligt skridt i opbygningen af ​​sin epidermis, eller tatovering, elektroniske anordninger. Enhederne er designet til at modtage hjernesignaler til en række medicinske anvendelser, fra overvågning af spædbørn for anfald på neonatal intensiv pleje til undersøgelse af den kognitive svækkelse forbundet med Alzheimers sygdom eller demens, og soldater, der kæmper med posttraumatisk stress-syndrom.

Elektroteknik Ph.D. kandidat Andrew Grieco bruger maskinen til at udvikle en ny type optisk bølgeleder, der lover at forbedre effektiviteten og reducere strømforbruget. Grieco arbejder i Shaya Fainmans laboratorium, professor og formand, Institut for Elektro- og Computerteknik. Udvikling af on-chip optiske netværksenheder såsom bølgeledere, switche og forstærkere er et kritisk skridt i udviklingen af ​​optiske chips. Selvom informationssystemer primært er afhængige af fiberoptiske netværk til at forbinde og dele data rundt om i verden, den underliggende computerteknologi er stadig baseret på elektroniske chips, forårsager datatrafikpropper.

"Enhver lokal virksomhed, der har en investering i videnskab og teknologi i nanoskala, bør have stor gavn af denne maskine. Det er et kraftfuldt værktøj, som er svært at finde i et typisk universitetsmiljø eller i lokal industri, " sagde Dayeh (Ph.D., 2008 UC San Diego), som kom til fakultetet i 2012. "Det er et unikt værktøj, der bliver bragt til San Diego."

Dayeh sagde, at teknologier aktiveret af e-beam writer vil være vigtige i lokale bestræbelser på at udføre forskning under præsident Obamas BRAIN Initiative, hvilket vil kræve udvikling af meget mindre føle- og stimulerende elementer med højere opløsning på chips på størrelse med nogle få millimeter. "Nuværende state-of-the-art elektro-neural grænsefladeteknologi muliggør sansning fra hundreder eller tusinder af neuroner. Hvis du vil forstå neurofysiologien på den individuelle cellebasis, så er vi nødt til at udvikle sensorer, der har en afstand på nogle få titusinder af neuroner. nanometer, som er omkring en hundrededel af størrelsen af ​​en neuron og er på samme skala som deres synaptiske forbindelser, " han sagde.

Elektronstråleanlæg er åbent for erhvervslivet

UC San Diegos nye Vistec Lithography EBPG5200 elektronstråleskriver er tilgængelig til brug af campusforskere, samt industri- og forskningspartnere. E-stråleskriveren, brugt til nano- og mikrofremstilling er en ny tilføjelse til Qualcomm Institutes Nano3-anlæg, som giver et synergistisk miljø for grundlæggende forsknings- og udviklingsindsatser på nanoskala med fokus på nanovidenskab, nanoteknik og nanomedicin. Ud over at levere væsentlige nanofabrikationskapaciteter til forskning i elektroniske og fotoniske materialer og enheder, Nano3 letter udøvelse af forskning i nye, tværfaglige og hurtigt voksende områder såsom biomedicinsk og biokemisk udstyr, monolitiske og heterogene integrerede elektroniske og fotoniske enheder og kredsløb, og sensorteknologi.

Den nye e-beam-skriver gør det muligt for forskere at skrive fine funktioner på en skala på mindre end 8 nanometer, over et stort overfladeareal op til 8 tommer. Udfordringen ved at skrive over store felter med elektronstråler er, at elektronstrålen kan blive større og spredt, forvrængning af mønstrets funktioner. Imidlertid, EBPG5200 har overlegen elektromagnetisk fokuseringsevne til ekstremt smalle elektronstråler over 1x1 mm2 skrivefelter og en høj syningsnøjagtighed, som gør det muligt at skrive ultraskalerede funktioner ikke kun på prøver i forskningsskala, men også på wafers i kommerciel og produktionsstørrelse.