Hlutverk lágorkurafeinda í örtækniprentun yfirborða með skörpum rafeindageisla - verkefni lokið

Fréttatilkynning verkefnisstjórans.

3.4.2017

Verkefnið „Hlutverk lágorkurafeinda í örtækniprentun yfirborða með skörpum rafeindageisla“ var samvinnuverkefni stýrt af Háskóla Íslands en unnið í samvinnu við Johns Hopkins háskólann í Baltimore í Bandaríkjunum, Tækniháskólann í Delft í Hollandi og rannsóknastofnunina EMPA í Thun í Sviss. Verkefnið fólst í rannsóknum á hlutverki lágorkurafeinda í yfirborðsprentun með skörpum rafeindageislum - nálgun við örtækniprentun yfirborða sem nefnist á ensku Focused Electron Beam Induced Deposition (FEBID). Áhersla verkefnisins var á að rannsaka rjúfandi rafeindaálagningu (DEA), tvískautatengjarof (DD) og tengjarjúfandi jónun (DI) á orkubilinu 0-100 eV fyrir valin efni sem notuð eru(?) við FEBID og að bera þessar niðurstöður saman við sundrun þessara efna þegar þau eru á yfirborði fastefna og geisluð með 50-500 eV rafeindum. Þessar niðurstöður voru síðan bornar saman við hvernig sömu efni koma út í FEBID þegar þau eru notuð til að prenta vel skilgreinda örstrúktúra þar sem hreinleiki og upplausn eru mikilvægustu parametrarnir.

Markmið verkefnisins var að afla gagna til að meta samhengið á milli samsetningar þeirra efna sem notuð eru í FEBID og þeirrar upplausnar sem hægt er að ná með þeim og hreinleika úrfellinganna. Í stuttu máli; að leggja grunn að skilningi á samhenginu á milli samsetningar efnanna og hentugleika þeirra í FEBID með það fyrir augum að byggja upp vegvísi fyrir efnasmíðar á FEBID efnum sem henta til að ná betri upplausn og hærri hreinleika en mögulegt er í dag. Innan þessa verkefnis náðist að kristalla nokkur atriði sem munu nýtast vel í þessum tilgangi.

Niðurstöður sem nýtast til að ná markmiðum verkefnisins lúta að hentugleika einstakra tengihópa við smíð FEBID efna. Þar má nefna sem dæmi um niðurstöður úr þessu verkefni að π-tengja kolvetnishópar eru ekki æskilegir sem tengihópar en karbonýl (CO) hópar eru mjög hentugir. Hentugleiki karbonýl hópanna á sérstaklega við ef nægjanleg orka er í kerfinu. Í rjúfandi rafeindaálagningu höfum við sýnt að hægt er að ná því fram með notkun halógentengihópa, og/eða með því að stýra umröðun tengihópanna. Ekki hefur tekist að sýna fram á afgerandi fylgni á milli p og hreinleika úrfellinga með FEBID og þeirra niðurbrotsferla sem stýra þeim. Sá þáttur virðist mjög háður samsetningu efnanna og óvíst hvort þar sé fylgni sem hægt er að nota við hönnun þessara efna. Með fjölkjarnaefninu HFeCo3(CO)12 hefur náðst góður árangur í FEBID, á meðan mjög svipað efni, H2FeRu3(CO)13, er afleitt til notkunar í FEBID. Með samanburði á gasfasa- og yfirborðstilraunum hefur okkur tekist að draga fram mögulegar skýringar á því hvers vegna þessi tvö mjög líku efni hegða sér svo ólíkt í FEBID - upplýsingar sem nýtast vel við hönnun framtíðarefna til notkunar í FEBID. Við höfum einnig sýnt að hægt er að nota halógen atóm til að virkja þverbindingu sjálfraðandi sameindalaga við framleiðslu á kolefnisörfilmum.

Afrakstur verkefnisins umfram sérstök tækni- og efnafræðileg atriði sem nýtast við hönnun næstu kynslóðar FEBID efna er einnig töluverður. Sérstaklega ber að nefna að þetta verkefni hefur gegnt mikilvægu hlutverki í að koma á laggirnar tveimur stórum samstarfsverkefnum sem bæði miða að því að skilja betur áhrif lágorkurafeinda í örtækni. Annað þessara verkefna er COST verkefnið CELINA; Chemistry for ELectron-Induced NAnofabrication, þar sem 26 þjóðir hafa sameinast um þetta viðfangsefni, en CELINA hefur nú þegar veitt yfir 70 ferðastyrki til ungra vísindamanna til að ferðast á milli rannsóknahópa og nýta þannig mismunandi tækjabúnað við sínar rannsóknir. Hitt samvinnuverkefnið er Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) Innovative Training Networks (ITN) undir nafninu ELENA; Low energy ELEctron driven chemistry for the advantage of emerging NAno-fabrication methods. Þetta er um 4 M evru verkefni sem er stýrt frá Raunvísindastofnun Háskóla Íslands með samstarfsaðilum frá 13 háskólum, fjórum rannsóknastofnunum og sex fyrirtækjum og þátttöku 15 doktorsnema. Ennfremur má nefna sem afrakstur verkefnisins útskrift tveggja doktorsnema, en áætlað er að varnir þeirra fari fram í júlí og september á þessu ári. Mikið magn af niðurstöðum hefur komið út úr þessu verkefni og úrvinnslu er að mestu lokið. Hins vegar hefur gengið frekar hægt að koma niðurstöðunum í birtingu. Þrjár greinar eru þegar birtar, þar af ein yfirlitsgrein, ein grein er í ritrýningu og sex greinar eru á lokastigi undirbúnings. Að auki eru fimm greinar á frumstigi, en áætlað er að koma þeim út fyrir lok ársins. Einnig hafa niðurstöður verið kynntar með erindum og veggspjöldum á um 10 ráðstefnum. 

Heiti verkefnis: Hlutverk lágorkurafeinda í örtækniprentun yfirborða með skörpum rafeindageisla.
Enskt heiti: The Role of Low Energy Electrons in Focused Electron Beam Induced Deposition
Verkefnisstjóri: Oddur Ingólfsson, Raunvísindastofnun Háskólans
Tegund styrks: Verkefnisstyrkur
Styrkár: 2013-2015
Fjárhæð styrks: 19,985 millj. kr. alls
Tilvísunarnúmer Rannís: 13049305