La tecnologia a fascio elettronico (Electron Beam Lithography – EBL) è una tecnica di scrittura che utilizza un pennello elettronico per sensibilizzare opportuni resist nei processi litografici. Il vantaggio di utilizzare tale tecnica, piuttosto che la tecnica di esposizione UV tramite maschere, sta nella possibilità di scrivere qualsiasi pattern senza necessità di dover realizzare una maschera fisica. Inoltre è possibile superare i limiti della litografia UV classica dettati dalla diffrazione, con limiti di risoluzione di qualche nanometro. La macchina è composta principalmente da un cannone elettronico che genera il fascio, aperture controllate per il direzionamento del fascio, uno stage porta campioni motorizzato con elevata precisione di posizionamento. Permette la realizzazione di maschere per la prototipazione di dispositivi in scala nanometrica ad altissima risoluzione e alta velocità.
Il sistema di deposizione ALD permette la deposizione a layer atomico, ossia film molto sottili attraverso un processo di reazione chimica tra gas precursori inseriti in una camera di reazione in modo sequenziale ed indipendente. I precursori reagiscono con la superficie da depositare in modo autonomo in sequenza. Ad ogni impulso di gas nella camera, corrisponderà una reazione e quindi la deposizione di un film nanometrico che ricoprirà in modo omogeneo la superficie. In tal modo tramite successivi inserimenti e quindi reazioni è possibile depositare film di materiali compositi. Una caratteristica fondamentale di questa tecnologia è la possibilità di ottenere una elevata conformità di deposizione su superfici non lineari e fortemente disomogenee. Nel caso di deposizione su nanostrutture, ad esempio, soprattutto ad alti rapporti di aspetto, risulta indispensabile poter impiegare una tecnica di deposizione con un elevato tasso di conformità.
La macchina OAC-75F presente nei laboratori CNOS consente di depositare per evaporazione strati di vari tipi di materiale, dagli ossidi (come SiO2, HfO2, Al2O3), ai metalli (come Au, Al, Ti), ai semiconduttori (come il Silicio), in condizioni di alto vuoto. La macchina è in una configurazione personalizzata ed ottimizzata per ottenere un’accuratezza di 1-2 Å rispetto allo spessore nominale ed una rugosità superficiale di 0.1 nm per la maggior parte dei materiali, in modo da essere adatta anche per la fabbricazione di strati con spessori dell’ordine del nanometro. La presenza di due cannoni elettronici e due set di tasche per contenere i materiali da depositare rende possibile anche la deposizione di strutture multistrato formate da due o più materiali. Inoltre, programmando opportunamente i due cannoni elettronici è possibile evaporare contemporaneamente due materiali diversi a differenti tassi di evaporazione, in modo da ottenere una mistura arbitraria di due materiali. Per garantire un alto livello di adesione e/o strati ad elevata compattezza è possibile programmare l’attivazione, prima e durante la deposizione, di una sorgente ionica a plasma basata su Argon e/o Ossigeno. La spaziosità della camera rende possibile alloggiare contemporaneamente numerosi substrati di diverse forme e dimensioni, dai classici wafer in silicio alle fibre ottiche, garantendo un ottimo livello di uniformità grazie alla rotazione del dome che ospita i substrati.
Questa facility, originariamente acquisita con riferimento allo sviluppo di multistrati ottici ad alta riflettività e basso rumore termico destinati agli specchi delle antenne gravitazionali interferometriche, ha un ruolo rilevante nell’ambito della Collaborazione Virgo (in partenariato con gli esperimenti LIGO e KAGRA) e del progetto ET (Einstein Telescope), di cui l’Università Degli Studi Del Sannio è unità operativa (gruppo di Elettromagnetismo) insieme all’Università Degli Studio di Salerno, ed è finanziata da INFN, EGO e MIUR.
La tecnologia RIE (Reactive Ion Etching – RIE) è una tecnica di attacco chimico che usa un plasma per rimuovere materiale da un substrato. Il plasma è generato da un campo elettromagnetico in una camera ad alto vuoto a partire da precursori in stato gassoso. Gli ioni presenti nel plasma attaccano chimicamente la superficie e reagiscono con essa. Il risultato è una superficie molto uniforme ed è possibile controllare molto bene il processo grazie ai vari parametri coinvolti nel processo, come temperatura, flusso dei precursori gassosi.
L’utilizzo di tale macchina è destinato alla rimozione efficace e selettiva di materiale da substrati su cui già sono state eseguite operazioni di deposizione e/o di litografia. Il sistema permette di lavorare su substrati planari convenzionali e su substrati non convenzionali come fibre ottiche. È possibile, ad esempio, attaccare il vetro di cui è composta la fibra ottica in modo opportuno a valle di un processo litografico. In tal modo solo le zone esposte saranno abrase e si potranno realizzare quindi forme e nanostrutture con rapporti di aspetto molto elevati.
Il sistema laser femtosecondo, un vero e proprio laboratorio laser su un tavolo ottico, è un sistema molto versatile che permette diversi tipi di lavorazione da ablazione di materiali quali vetro, metalli e polimeri, a litografia ottica di principali fotoresist. Grazie ad un posizionatore a quattro assi (XYZ e uno di rotazione R), possiamo lavorare vari tipi di substrati con estrema precisione e accuratezza senza danneggiarle, da superfici planari a superfici non convenzionali, come la punta di una fibra ottica.
Tra i vari campi di applicazione alcuni esempi sono:
Il sistema di polimerizzazione a due fotoni (2PP), o litografia a due fotoni di tipo maskless, consente di realizzare strutture 2D e 3D ad elevata risoluzione. La macchina ha un sistema galvanomentrico che permette di creare nanostrutture con geometria arbitraria direttamente su una superficie sia planare che non planare. Vanta una risoluzione lungo X e Y di 400nm ed una velocità di scansione fino a 100mm/s.
Il sistema 2PP trova applicazione in vari campi:
Sistema Laser: laser femtosecondo nel NIR
Resine utilizzabili: biocompatibili e non citotossiche secondo le normative ISO 10993-5, ad alto indice di rifrazione (n=1.62), con bassa autofluorescenza e PDMS.