Un sensore magnetico scritto in modo additivo con un fascio di elettroni focalizzato e molecole di Co2(CO)8, situato tra quattro elettrodi d'oro precedentemente strutturati. Al sensore può essere data qualsiasi forma richiesta spostando il substrato o regolando il tempo di permanenza del fascio di elettroni. Credito:Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali
La nanotecnologia è considerata la tecnologia chiave del 21° secolo, fornire i metodi fondamentali, che consentono di produrre oggetti di poche centinaia di nanometri in qualsiasi forma richiesta. Questi oggetti trovano applicazioni praticamente ovunque, che si tratti di microprocessori e circuiti elettrici nei computer, nel settore delle telecomunicazioni, o in medicina e biotecnologia – solo per citarne alcuni. Per incoraggiare lo sviluppo di nuovi processi di produzione, l'UE ha recentemente istituito la Marie Curie Training Network "ELENA" (chimica guidata da elettroni a bassa energia a vantaggio dei metodi emergenti di nanofabbricazione). Empa è uno dei partner del progetto, insieme a 13 università, tre istituti di ricerca e cinque partner industriali, estratti da un totale di 13 paesi.
L'obiettivo di questo progetto su larga scala è fornire formazione ai giovani scienziati europei nel campo delle nanotecnologie in modo che possano generare le idee innovative necessarie per promuovere la ricerca e lo sfruttamento scientifico, rafforzando così la competitività internazionale dell'Europa. La rete è guidata da Oddur Ingólfsson dell'Università islandese di Reykjavík, Il rappresentante dell'Empa è Ivo Utke del laboratorio di Meccanica dei Materiali e Nanostrutture di Thun.
L'Empa era già coinvolta nel progetto precedente a "ELENA", il COST-Action Network "CELINA" (chimica per la nanofabbricazione indotta da elettroni), dove ha lavorato a stretto contatto con alcune delle università che ora partecipano al progetto in corso. Lo scopo di "CELINA" era di studiare l'idoneità di materiali a bassa volatilità per la scrittura diretta con fasci di elettroni focalizzati utilizzando un sistema di iniezione di gas (sviluppato internamente) con un microscopio elettronico a scansione.
Nei prossimi quattro anni l'UE metterà a disposizione di ELENA circa 4 milioni di euro. Due processi di nanotecnologia all'avanguardia sono al centro della rete:la deposizione indotta da fasci di elettroni focalizzati, (FEBID) e litografia ultravioletta estrema (EUVL).
Scrivere strutture estremamente fini in tre dimensioni
FEBID:all'interno di un microscopio elettronico a scansione le molecole fornite in continuo a un punto sulla superficie vengono decomposte localmente da un fascio di elettroni focalizzato. Questo crea una piattaforma "Additive Manufacturing" con una risoluzione laterale inferiore a 10 nm. I ricercatori dell'Empa stanno studiando come controllare i prodotti di decomposizione. Credito:Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali
La tecnica FEBID utilizza un fascio di elettroni estremamente finemente focalizzato. Questo è usato per "scrivere" strutture tridimensionali di qualsiasi forma richiesta su una superficie, come i wafer di silicio da cui vengono prodotti i chip dei computer. Le strutture sono create da una forma di "Additive Manufacturing", in quelle molecole assorbenti, che vengono continuamente forniti alla superficie in questione, vengono poi rotti da un fascio di elettroni, in seguito al quale alcune parti della molecola si depositano localmente sul substrato. Il processo richiede l'uso di molecole contenenti le parti componenti necessarie, che vengono poi liberate dal fascio di elettroni per creare la composizione del materiale richiesta sul substrato.
Stampa di materiali funzionali
Nel corso del progetto ELENA scienziati dei materiali, chimici e fisici lavoreranno insieme per sviluppare e testare molecole adatte alla tecnica FEBID. Questo processo è stato oggetto di ricerca presso l'Empa negli ultimi 10 anni circa ed è già stato applicato con successo alla scrittura di sensori magnetici con la più alta risoluzione magnetica laterale. A tal fine i ricercatori Empa hanno utilizzato la molecola Co2(CO)8, che ha permesso loro di scrivere un composto granulare di cobalto con speciali proprietà magnetiche in una matrice contenente carbonio su uno strato di ossido di silicio tra diversi elettrodi d'oro. Un'altra applicazione è stata realizzata nell'area della nanofotonica:la sostanza iniziale, oro Me2Au(tfa) è stato utilizzato per scrivere un reticolo ottico su una superficie della cavità verticale che emette laser in modo minimamente invasivo.
La tecnica EUVL imprime anche strutture estremamente fini su superfici, anche se è limitato a due dimensioni. Per il corretto funzionamento di questo processo sono necessari anche materiali appositamente adattati, in questo caso film sottili detti fotoresist. Quando questi film vengono irradiati con luce EUV nel modo appropriato, creano in modo efficiente e preciso le strutture richieste.
La ricerca di nuove molecole per la scrittura additiva su metalli puri utilizzando FEBID, e nuovi fotoresist per EUVL è al centro degli sforzi di ricerca di un totale di 15 eccezionali studenti di dottorato che lavorano al progetto ELENA. Il gruppo di Ivo Utke, con due dottorandi e tre dottorandi, sta testando le possibili modalità di controllo dei componenti depositati della molecola assorbente in funzione dell'intensità dei fasci elettronici e dei flussi molecolari in un microscopio elettronico a scansione.
