(Phys.org) —Den nya elektronstråleskrivaren inrymd i Nano3-renrumsanläggningen vid Qualcomm Institute är viktig för elektroteknikprofessor Shadi Dayehs två stora forskningsområden. Han utvecklar nästa generation, nanoskala transistorer för integrerad elektronik; och han utvecklar neurala sonder som har kapacitet att extrahera elektriska signaler från enskilda hjärnceller och överföra informationen till en protesanordning eller dator. För att uppnå denna nivå av signalextraktion eller manipulation krävs små sensorer placerade mycket nära varandra för högsta upplösning och signalinsamling. Ange den nya elektronstråleskrivaren.

Elektronstrålelitografi (e-beam) gör det möjligt för forskare att skriva mycket små mönster på stora substrat med hög precision. Det är ett flitigt använt verktyg inom informationsteknologi och life science. Tillämpningar sträcker sig från skrivmönster på kisel- och sammansatta halvledarchips för forskning om elektroniska enheter och material till genomsekvenseringsplattformar. Men förmågan att skriva mönster i den skala som erbjuds av Nano3-anläggningen – med dess minsta funktionsstorlek på mindre än 8 nanometer på wafers med diametrar som kan vara så stora som 8 tum – är unik i södra Kalifornien. Innan anläggningen öppnade tidigare i år, den närmaste jämförbara e-beam-skribenten fanns i Los Angeles. I en e-beam-skrivare, unika mönster är "skrivna" på en silikonskiva belagd med ett polymerresistskikt som är känsligt för elektronbestrålning. Maskinen riktar en snävt fokuserad elektronstråle mot ytan som markerar mönstret, gör delar av resistbeläggningen olösliga och andra lösliga. Det lösliga området tvättas senare bort, avslöjar mönstret som kan ha sub-10 nanometer funktionsdimensioner.

Bioteknikprofessor Todd Coleman kommer att använda den nya e-beam-skrivaren som ett viktigt steg i uppbyggnaden av sin epidermal, eller tatuering, elektroniska apparater. Enheterna är designade för att ta emot hjärnsignaler för en mängd olika medicinska tillämpningar, från att övervaka spädbarn med avseende på anfall på neonatal intensivvård till att studera kognitiva försämringar i samband med Alzheimers sjukdom eller demens, och soldater som kämpar med posttraumatiskt stressyndrom.

Elektroteknik Ph.D. kandidaten Andrew Grieco använder maskinen för att utveckla en ny typ av optisk vågledare som lovar att förbättra effektiviteten och minska strömförbrukningen. Grieco arbetar i Shaya Fainmans laboratorium, professor och ordförande, Institutionen för elektro- och datateknik. Utveckla on-chip optiska nätverksenheter som vågledare, switchar och förstärkare är ett kritiskt steg i utvecklingen av optiska chips. Även om informationssystem främst är beroende av fiberoptiska nätverk för att ansluta och dela data runt om i världen, den underliggande datortekniken är fortfarande baserad på elektroniska chips, orsakar datatrafikstockningar.

"Varje lokalt företag som har en investering i vetenskap och teknik i nanoskala borde ha stor nytta av denna maskin. Det är ett kraftfullt verktyg som är svårt att hitta i en typisk universitetsmiljö eller inom lokal industri, sa Dayeh (Ph.D., 2008 UC San Diego), som började på fakulteten 2012. "Det är ett unikt verktyg som förs till San Diego."

Dayeh sa att teknik som möjliggörs av e-beam-skrivaren kommer att vara viktig i lokala ansträngningar att bedriva forskning under president Obamas BRAIN Initiative, vilket kommer att kräva utveckling av mycket mindre avkännande och stimulerande element med högre upplösning på chips storleken på några millimeter. "Nuvarande toppmoderna elektro-neurala gränssnittsteknik möjliggör avkänning från hundratals eller tusentals neuroner. Om du vill förstå neurofysiologin på individuell cellbasis måste vi utveckla sensorer som har ett avstånd på några tiotals nanometer, som är ungefär en hundradel av storleken på en neuron och är i samma skala som deras synaptiska anslutningar, " han sa.

Elektronstråleanläggningen är öppen för företag

UC San Diegos nya Vistec Lithography EBPG5200 elektronstråleskrivare är tillgänglig för användning av campusforskare, såväl som industri- och forskningspartners. E-beam författaren, används för nano- och mikrotillverkning är ett nytt tillägg till Qualcomm Institutes Nano3-anläggning, som ger en synergistisk miljö för grundläggande forsknings- och utvecklingsinsatser på nanoskala med fokus på nanovetenskap, nanoteknik och nanomedicin. Förutom att tillhandahålla nödvändiga nanotillverkningsmöjligheter för forskning om elektroniska och fotoniska material och enheter, Nano3 underlättar jakten på forskning i framväxande, tvärvetenskapliga och snabbt växande områden som biomedicinska och biokemiska produkter, monolitiska och heterogena integrerade elektroniska och fotoniska enheter och kretsar, och sensorteknik.

Den nya e-beam-skrivaren gör det möjligt för forskare att skriva fina egenskaper på en skala på mindre än 8 nanometer, över en stor yta upp till 8 tum. Utmaningen med att skriva över stora fält med elektronstrålar är att elektronstrålen kan bli större och diffus, förvrängning av mönstrets egenskaper. Dock, EBPG5200 har överlägsen elektromagnetisk fokuseringsförmåga för extremt smala elektronstrålar över 1x1 mm2 skrivfält och en hög stygnnoggrannhet, vilket gör det möjligt att skriva ultraskalade funktioner inte bara på prover i forskningsskala utan även på wafers i kommersiella och produktionsstorlekar.