(Phys.org) —De nieuwe elektronenstraalschrijver die is gehuisvest in de Nano3-cleanroomfaciliteit van het Qualcomm Institute is belangrijk voor de twee belangrijkste onderzoeksgebieden van professor elektrotechniek Shadi Dayeh. Hij ontwikkelt de volgende generatie, nanoschaaltransistors voor geïntegreerde elektronica; en hij ontwikkelt neurale sondes die de capaciteit hebben om elektrische signalen uit individuele hersencellen te extraheren en de informatie door te geven aan een prothetisch apparaat of computer. Om dit niveau van signaalextractie of -manipulatie te bereiken, zijn kleine sensoren nodig die zeer dicht bij elkaar zijn geplaatst voor de hoogste resolutie en signaalacquisitie. Voer de nieuwe elektronenstraalschrijver in.

Met elektronenbundellithografie (e-beam) kunnen onderzoekers zeer kleine patronen op grote substraten schrijven met een hoge mate van precisie. Het is een veelgebruikt hulpmiddel in de informatietechnologie en life science. Toepassingen variëren van het schrijven van patronen op silicium en samengestelde halfgeleiderchips voor onderzoek naar elektronische apparaten en materialen tot platforms voor genoomsequencing. Maar de mogelijkheid om patronen te schrijven op de schaal die wordt geboden door de Nano3-faciliteit - met zijn minimale kenmerkgrootte van minder dan 8 nanometer op wafels met een diameter die wel 8 inch kan zijn - is uniek in Zuid-Californië. Voordat de faciliteit eerder dit jaar werd geopend, de dichtst vergelijkbare e-beam-schrijver was in Los Angeles. In een e-beam-schrijver, unieke patronen worden "geschreven" op een siliciumwafel die is gecoat met een polymeerresistlaag die gevoelig is voor elektronenbestraling. De machine richt een eng gefocuste elektronenstraal op het oppervlak dat het patroon markeert, delen van de resistcoating onoplosbaar en andere oplosbaar maken. Het oplosbare gebied wordt later weggespoeld, het onthullen van het patroon dat afmetingen van minder dan 10 nanometer kan hebben.

Bio-ingenieursprofessor Todd Coleman zal de nieuwe e-beam-schrijver gebruiken als een essentiële stap in de opbouw van zijn epidermale, of tatoeage, elektronische apparaten. De apparaten zijn ontworpen om hersensignalen op te vangen voor een verscheidenheid aan medische toepassingen, van het monitoren van baby's op epileptische aanvallen op de neonatale intensive care tot het bestuderen van de cognitieve stoornis geassocieerd met de ziekte van Alzheimer of dementie, en soldaten die worstelen met het posttraumatische stresssyndroom.

Elektrotechniek Ph.D. kandidaat Andrew Grieco gebruikt de machine om een ​​nieuw type optische golfgeleider te ontwikkelen die belooft de efficiëntie te verbeteren en het stroomverbruik te verminderen. Grieco werkt in het laboratorium van Shaya Fainman, hoogleraar en voorzitter, Afdeling Elektrotechniek en Computertechniek. Ontwikkeling van optische netwerkapparatuur op de chip, zoals golfgeleiders, schakelaars en versterkers is een cruciale stap in de ontwikkeling van optische chips. Hoewel informatiesystemen voornamelijk afhankelijk zijn van glasvezelnetwerken om gegevens over de hele wereld te verbinden en te delen, de onderliggende computertechnologie is nog steeds gebaseerd op elektronische chips, dataverkeer veroorzaken.

"Elk lokaal bedrijf dat investeert in wetenschap en technologie op nanoschaal, zou veel baat moeten hebben bij deze machine. Het is een krachtig hulpmiddel dat moeilijk te vinden is in een typische universitaire omgeving of binnen de lokale industrie, " zei Dayeh (Ph.D., 2008 UC San Diego), die in 2012 bij de faculteit kwam. "Het is een unieke tool die naar San Diego wordt gebracht."

Dayeh zei dat technologieën mogelijk gemaakt door de e-beam-schrijver belangrijk zullen zijn bij lokale inspanningen om onderzoek te doen in het kader van het BRAIN-initiatief van president Obama, waarvoor veel kleinere sensor- en stimulerende elementen met een hogere resolutie moeten worden ontwikkeld op chips ter grootte van enkele millimeters. "De huidige state-of-the-art elektro-neurale interfacing-technologie maakt detectie van honderden of duizenden neuronen mogelijk. Als je de neurofysiologie op de individuele celbasis wilt begrijpen, moeten we sensoren ontwikkelen met een afstand van enkele tientallen van nanometer, die ongeveer een honderdste van de grootte van een neuron is en op dezelfde schaal staat als hun synaptische verbindingen, " hij zei.

Elektronenstraalfaciliteit is open voor zaken

UC San Diego's nieuwe Vistec Lithography EBPG5200 elektronenstraalschrijver is beschikbaar voor gebruik door campusonderzoekers, evenals industrie- en onderzoekspartners. De e-beam schrijver, gebruikt voor nano- en microfabricage is een nieuwe toevoeging aan de Nano3-faciliteit van het Qualcomm Institute, die een synergetische omgeving biedt voor fundamentele onderzoeks- en ontwikkelingsinspanningen op nanoschaal met een focus op nanowetenschap, nano-engineering en nanogeneeskunde. Naast het bieden van essentiële nanofabricagemogelijkheden voor onderzoek naar elektronische en fotonische materialen en apparaten, Nano3 faciliteert het nastreven van onderzoek in opkomende, interdisciplinaire en snelgroeiende gebieden zoals biomedische en biochemische apparaten, monolithische en heterogene geïntegreerde elektronische en fotonische apparaten en schakelingen, en sensortechnologie.

De nieuwe e-beam writer stelt onderzoekers in staat om fijne kenmerken te schrijven op een schaal van minder dan 8 nanometer, over een groot oppervlak tot 8 inch. De uitdaging om met elektronenbundels over grote velden te schrijven is dat de elektronenbundel groter en diffuus kan worden, de kenmerken van het patroon vervormen. Echter, de EBPG5200 heeft superieure elektromagnetische focusmogelijkheden voor extreem smalle elektronenbundels van meer dan 1x1 mm2 schrijfvelden en een hoge hechtnauwkeurigheid, waarmee ultrageschaalde functies niet alleen op monsters op onderzoeksschaal kunnen worden geschreven, maar ook op wafels van commerciële en productiegrootte.