(Phys.org) — Il nuovo scrittore di fasci di elettroni ospitato nella struttura della camera bianca Nano3 presso il Qualcomm Institute è importante per le due principali aree di ricerca del professore di ingegneria elettrica Shadi Dayeh. Sta sviluppando la prossima generazione, transistor su nanoscala per elettronica integrata; e sta sviluppando sonde neurali che hanno la capacità di estrarre segnali elettrici da singole cellule cerebrali e trasmettere le informazioni a un dispositivo protesico oa un computer. Raggiungere questo livello di estrazione o manipolazione del segnale richiede minuscoli sensori distanziati molto vicini tra loro per la massima risoluzione e acquisizione del segnale. Inserisci il nuovo scrittore del raggio di elettroni.

La litografia a fascio di elettroni (e-beam) consente ai ricercatori di scrivere modelli molto piccoli su substrati di grandi dimensioni con un alto livello di precisione. È uno strumento ampiamente utilizzato nella tecnologia dell'informazione e nelle scienze della vita. Le applicazioni spaziano dalla scrittura di modelli su chip semiconduttori al silicio e composti per la ricerca sui materiali e sui dispositivi elettronici alle piattaforme di sequenziamento del genoma. Ma la capacità di scrivere modelli sulla scala offerta dalla struttura Nano3, con la sua dimensione minima di meno di 8 nanometri su wafer con diametri che possono arrivare fino a 8 pollici, è unica nel sud della California. Prima dell'apertura della struttura all'inizio di quest'anno, lo scrittore di e-beam comparabile più vicino era a Los Angeles. In uno scrittore di e-beam, modelli unici sono "scritti" su un wafer di silicio rivestito con uno strato di resist polimerico che è sensibile all'irradiazione di elettroni. La macchina dirige un fascio di elettroni strettamente focalizzato sulla superficie che segna il motivo, rendendo parti del rivestimento resist insolubili e altre solubili. L'area solubile viene successivamente lavata via, rivelando il modello che può avere dimensioni inferiori a 10 nanometri.

Il professore di bioingegneria Todd Coleman utilizzerà il nuovo e-beam writer come un passo essenziale nella costruzione della sua epidermica, o tatuaggio, dispositivi elettronici. I dispositivi sono progettati per acquisire segnali cerebrali per una varietà di applicazioni mediche, dal monitoraggio dei neonati per le convulsioni in terapia intensiva neonatale allo studio del deterioramento cognitivo associato al morbo di Alzheimer o alla demenza, e soldati alle prese con la sindrome da stress post-traumatico.

Dottorato di ricerca in ingegneria elettrica Il candidato Andrew Grieco sta utilizzando la macchina per sviluppare un nuovo tipo di guida d'onda ottica che promette di migliorare l'efficienza e ridurre il consumo energetico. Grieco lavora nel laboratorio di Shaya Fainman, professore e cattedra, Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica. Sviluppo di dispositivi di rete ottica su chip come guide d'onda, interruttori e amplificatori è un passaggio fondamentale nello sviluppo di chip ottici. Sebbene i sistemi informativi si basino principalmente su reti in fibra ottica per connettere e condividere dati in tutto il mondo, la tecnologia informatica sottostante è ancora basata su chip elettronici, causando ingorghi nel traffico dati.

"Qualsiasi azienda locale che ha un investimento in scienza e tecnologia su scala nanometrica dovrebbe trarre grandi vantaggi da questa macchina. È uno strumento potente che è difficile da trovare in un tipico ambiente universitario o nell'industria locale, " ha detto Dayeh (Ph.D., 2008 UC San Diego), che si è unito alla facoltà nel 2012. "È uno strumento unico che viene portato a San Diego".

Dayeh ha affermato che le tecnologie abilitate dall'e-beam writer saranno importanti negli sforzi locali per condurre ricerche nell'ambito dell'iniziativa BRAIN del presidente Obama, che richiederà lo sviluppo di elementi di rilevamento e stimolazione molto più piccoli con una risoluzione più elevata su chip delle dimensioni di pochi millimetri. "L'attuale tecnologia di interfaccia elettroneurale all'avanguardia consente il rilevamento da centinaia o migliaia di neuroni. Se si desidera comprendere la neurofisiologia sulla base delle singole cellule, è necessario sviluppare sensori che abbiano la distanza di poche decine di nanometri, che è circa un centesimo delle dimensioni di un neurone ed è sulla stessa scala delle loro connessioni sinaptiche, " Egli ha detto.

La struttura del fascio di elettroni è aperta al lavoro

Il nuovo scrittore di fasci di elettroni Vistec Lithography EBPG5200 di UC San Diego è disponibile per l'uso da parte dei ricercatori del campus, così come partner industriali e di ricerca. Lo scrittore di e-beam, utilizzato per la nano e microfabbricazione è una nuova aggiunta alla struttura Nano3 del Qualcomm Institute, che fornisce un ambiente sinergico per gli sforzi fondamentali di ricerca e sviluppo su scala nanometrica con un focus sulla nanoscienza, nanoingegneria e nanomedicina. Oltre a fornire capacità di nanofabbricazione essenziali per la ricerca su materiali e dispositivi elettronici e fotonici, Nano3 facilita il perseguimento della ricerca in aree emergenti, interdisciplinari e in rapida crescita come dispositivi biomedici e biochimici, dispositivi e circuiti elettronici e fotonici integrati monolitici ed eterogenei, e tecnologia dei sensori.

Il nuovo e-beam writer consente ai ricercatori di scrivere caratteristiche fini su una scala inferiore a 8 nanometri, su un'ampia superficie fino a 8 pollici. La sfida di scrivere su grandi campi con fasci di elettroni è che il fascio di elettroni può diventare più grande e diffuso, distorcere le caratteristiche del modello. Però, l'EBPG5200 ha una capacità di messa a fuoco elettromagnetica superiore per fasci di elettroni estremamente stretti su campi di scrittura 1x1 mm2 e un'elevata precisione di cucitura, che consente di scrivere caratteristiche ultrascalate non solo su campioni in scala di ricerca ma anche su wafer di dimensioni commerciali e di produzione.