Nanoteknik anses vara 2000-talets nyckelteknologi, leverera de grundläggande metoderna, som gör att föremål bara några hundra nanometer stora kan produceras i vilken form som helst. Dessa objekt kan användas praktiskt taget överallt – oavsett om det är för mikroprocessorer och elektriska kretsar i datorer, inom telekommunikationsbranschen, eller inom medicin och bioteknik – för att bara nämna några. För att uppmuntra utvecklingen av nya tillverkningsprocesser inrättade EU nyligen Marie Curie Training Network "ELENA" (lågenergielektrondriven kemi till förmån för framväxande nanotillverkningsmetoder). Empa är en av projektpartnerna, tillsammans med 13 universitet, tre forskningsinstitut och fem industriella partners, från totalt 13 länder.

Syftet med detta storskaliga projekt är att tillhandahålla utbildning för unga europeiska forskare inom nanoteknikområdet så att de kan generera de innovativa idéer som krävs för att vidareutveckla forskning och vetenskapligt utnyttjande, så att Europas internationella konkurrenskraft stärks. Nätverket leds av Oddur Ingólfsson vid isländska universitetet i Reykjavík, Empas representant är Ivo Utke från laboratoriet Mechanics of Materials and Nanostructures i Thun.

Empa var redan involverad i föregångaren till "ELENA", COST-Action Network "CELINA" (kemi för elektroninducerad nanotillverkning), där man arbetade nära några av de universitet som nu deltar i det aktuella projektet. Syftet med "CELINA" var att undersöka lämpligheten hos material med låg flyktighet för direktskrivning med fokuserade elektronstrålar med hjälp av ett gasinjektionssystem (utvecklat internt) med ett svepelektronmikroskop.

Under de kommande fyra åren kommer EU att ställa cirka 4 miljoner euro till förfogande för ELENA. Två toppmoderna nanoteknologiska processer är i fokus för nätverket:Fokuserad elektronstråleinducerad deposition, (FEBID) och extrem ultraviolett litografi (EUVL).

Skriver extremt fina strukturer i tre dimensioner

FEBID-tekniken använder sig av en extremt finfokuserad elektronstråle. Detta används för att "skriva" tredimensionella strukturer av vilken form som helst på en yta, såsom kiselskivorna som datorchips tillverkas av. Strukturerna skapas av en form av "Additive Manufacturing", i att absorbera molekyler, som kontinuerligt tillförs den aktuella ytan, bryts sedan upp av en elektronstråle, varefter vissa delar av molekylen deponeras lokalt på substratet. Processen kräver användning av molekyler som innehåller de nödvändiga komponentdelarna – dessa frigörs sedan av elektronstrålen för att skapa den nödvändiga materialsammansättningen på substratet.

Märkning av funktionsmaterial

Under ELENA-projektets materialforskare, kemister och fysiker kommer att arbeta tillsammans för att utveckla och testa molekyler som är lämpliga för FEBID-tekniken. Denna process har varit föremål för forskning på Empa under de senaste tio åren eller så och har redan använts framgångsrikt för att skriva magnetiska sensorer med den högsta magnetiska laterala upplösningen. För detta ändamål använde Empa-forskarna Co2(CO)8-molekylen, vilket gjorde att de kunde skriva en granulär koboltförening med speciella magnetiska egenskaper i en kolhaltig matris på ett kiseloxidskikt mellan flera guldelektroder. En annan tillämpning har realiserats inom området nanofotonik:det ursprungliga ämnet, guld Me2Au(tfa) användes för att skriva ett optiskt gitter på en laser som utsänder vertikalt kavitet på ett minimalt invasivt sätt.

EUVL-tekniken trycker även extremt fina strukturer på ytor, även om den är begränsad till två dimensioner. Speciellt anpassade material är också nödvändiga för att denna process ska fungera korrekt, i detta fall tunna filmer kända som fotoresist. När dessa filmer bestrålas med EUV-ljus på lämpligt sätt skapar de effektivt och exakt de strukturer som krävs.

Sökandet efter nya molekyler för additiv skrivning på rena metaller med hjälp av FEBID, och nya fotoresister för EUVL står i fokus för forskningsinsatserna för totalt 15 framstående doktorander som arbetar med ELENA-projektet. Ivo Utkes grupp, med två postdoktorer och tre doktorander, testar möjliga sätt att kontrollera de avsatta komponenterna i den absorberande molekylen som en funktion av intensiteten hos elektronstrålarna och molekylflödena i ett svepelektronmikroskop.