Skaber de mindste strukturer på overflader

Nanoteknologi betragtes som nøgleteknologien i det 21. århundrede, at levere de grundlæggende metoder, som gør det muligt at producere objekter på bare et par hundrede nanometer i enhver påkrævet form. Disse objekter finder applikationer praktisk talt overalt - det være sig til mikroprocessorer og elektriske kredsløb i computere, i telekommunikationsindustrien, eller inden for medicin og bioteknologi – for blot at nævne nogle få. For at fremme udviklingen af ​​nye fremstillingsprocesser oprettede EU for nylig Marie Curie-uddannelsesnetværket "ELENA" (elektrondrevet kemi med lav energi til fordel for nye nanofremstillingsmetoder). Empa er en af ​​projektpartnerne, sammen med 13 universiteter, tre forskningsinstitutter og fem industrielle partnere, trukket fra i alt 13 lande.

Formålet med dette store projekt er at tilbyde uddannelse til unge europæiske forskere inden for nanoteknologi, så de kan generere de innovative ideer, der er nødvendige for yderligere forskning og videnskabelig udnyttelse, så Europas internationale konkurrenceevne styrkes. Netværket ledes af Oddur Ingólfsson fra det islandske universitet i Reykjavík, Empas repræsentant er Ivo Utke fra Mechanics of Materials and Nanostructures -laboratoriet i Thun.

Empa var allerede involveret i forgængerprojektet til "ELENA", COST-Action Network "CELINA" (kemi til elektroninduceret nanofabrikation), hvor det arbejdede tæt sammen med nogle af de universiteter, der nu deltager i det aktuelle projekt. Formålet med "CELINA" var at undersøge egnetheden af ​​materialer med lav flygtighed til direkte skrivning med fokuserede elektronstråler ved hjælp af et gasinjektionssystem (udviklet internt) med et scanningselektronmikroskop.

I løbet af de kommende fire år vil EU stille omkring 4 millioner euro til rådighed for ELENA. To avancerede nanoteknologiske processer er fokus for netværket:Fokuseret elektronstråleinduceret aflejring, (FEBID) og ekstrem ultraviolet litografi (EUVL).

Skriver ekstremt fine strukturer i tre dimensioner

FEBID-teknikken gør brug af en ekstremt fint fokuseret elektronstråle. Dette bruges til at "skrive" tredimensionelle strukturer af enhver nødvendig form på en overflade, såsom siliciumskiverne, hvorfra computerchips fremstilles. Strukturerne er skabt af en form for "Additive Manufacturing", i at absorbere molekyler, der løbende tilføres den pågældende overflade, bliver derefter brudt op af en elektronstråle, hvorefter visse dele af molekylet lokalt aflejres på substratet. Processen kræver brug af molekyler, der indeholder de nødvendige komponentdele - disse frigøres derefter af elektronstrålen for at skabe den nødvendige materialesammensætning på substratet.

Prægning af funktionelle materialer

I løbet af ELENA-projektets materialeforskere, kemikere og fysikere vil arbejde sammen om at udvikle og teste molekyler, der er egnede til FEBID-teknikken. Denne proces har været genstand for forskning hos Empa i de sidste 10 år eller deromkring og er allerede blevet anvendt med succes til at skrive magnetiske sensorer med den højeste laterale magnetiske opløsning. Til dette formål brugte Empa-forskerne Co2(CO)8-molekylet, hvilket gjorde det muligt for dem at skrive en granulær koboltforbindelse med specielle magnetiske egenskaber i en kulstofholdig matrix på et siliciumoxidlag mellem flere guldelektroder. En anden anvendelse er blevet realiseret inden for nanofotonik:det oprindelige stof, guld Me2Au(tfa) blev brugt til at skrive et optisk gitter på en laser med lodret hulrumsoverflade på en minimalt invasiv måde.

EUVL-teknikken præger også ekstremt fine strukturer på overflader, selvom det er begrænset til to dimensioner. Specielt tilpassede materialer er også nødvendige for at denne proces kan fungere korrekt, i dette tilfælde tynde film kendt som fotoresists. Når disse film bestråles med EUV-lys på den passende måde, skaber de effektivt og præcist de nødvendige strukturer.

Søgen efter nye molekyler til additiv skrivning på rene metaller ved hjælp af FEBID, og nye fotoresists til EUVL er i fokus for forskningsindsatsen for i alt 15 fremragende ph.d.-studerende, der arbejder på ELENA-projektet. Ivo Utkes gruppe, med to postdocs og tre ph.d. -studerende, afprøver mulige måder at kontrollere de aflejrede komponenter i det absorberende molekyle som funktion af intensiteten af ​​elektronstrålerne og molekylestrømmene i et scanningselektronmikroskop.