Nanofabricatie optica in domeniul 5 nm - 50 nm

Acronim proiect: NANOFAB

Contract nr.: 237/2014

Codul proiectului: PN-II-PT-PCCA-2013-4-1374

Surse de finantare:

  • Finantare de la bugetul de stat: 1.250.000,00 lei
  • Finantare din alte surse atrase(contributie financiara proprie): 189.424,00 lei

Autoritatea contractanta: Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii

Participanti:

  • Coordonator proiect: Storex Technologies srl
  • Partener P1: Universitatea "Politehnica" din Bucuresti
  • Partener P2: INCDTIM Cluj-Napoca
  • Partener P3: Tehno Electro Medical Company srl
  • Partener P4: ICPE-CA
  • Partener P5: RATEN -CITON

Descrierea proiectului:

Obiectivul principal al proiectului este de a valorifica ultimele rezultate obtinute in Litografia Optica Cuantică cu rezoluția de 1 nm [1] pentru a le aplica in nanofabricatia optica tridimensionala.

Obiectivele secundare ale proiectului NANOFAB sunt următoarele:

  1. dezvoltarea unor metamateriale noi (cristale fotonice tridimensionale) capabile de a îmbunătăți performantele sistemelor de telecomunicații;
  2. realizarea de nanochannels și nanoarrays pentru studii de ADN și
  3. realizarea de componente metalice in domeniul nanometrilor, cum ar fi roti dintate pentru prototipurile de nanoroboti medicali.

Rezultate preconizate:

Proiectul NANOFAB va contribui la cercetarea și dezvoltarea de materiale și sisteme noi care vor putea realiza nanocomponente la temperatura camerei și presiune atmosferică prin utilizarea Litografiei Optice Cuantice cu rezoluție de 1 nm [1].

Scopul proiectului este de a permite industriei accesul la această tehnologie nouă de Nanofabricaţie Optică, în scopul îmbunătățirii sistemelor de telecomunicații și dezvoltării de noi nanodispozitive medicale.

Produsul final al proiectului va consta dintr-o tehnologie noua de Nanofabricaţie Optică, caracterizat prin costuri reduse și rezoluție excelentă.

Rezultatul scontat constă în producția de componente, cum ar fi cristale fotonice woodpile 3D, nanochannels ADN pentru Lab on Chip și părți metalice pentru prototipuri de nanoroboti medicali.



Rezultate obtinute in perioada: 1 ianuarie 2016 – 30 decembrie 2016:

In anul 2016 s-au realizat 2 etape cu urmatoarele rezultate:

Etapa 6:

In timpul derularii Etapei 6/2016 a proiectului „Nanofabricatie optica in domeniul 5 nm - 50 nm” s-au desfasurat activitati in trei directii majore: i) scrierea probelor in domeniul nanometric si micrometric; ii) caracterizarea probelor scrise; iii) studiu de fezabilitate-partea 1 – analiza tehnico-economica.

Testele de scriere s-au efectuat in domeniul nanometric si micrometric. Realizarea unor pattern-uri complexe cu latimi de 10 nm - 30 nm a fost confirmata prin masuratorile experimentale de SEM, AFM si TEM. Scrierea unor structuri complexe a necesitat un soft elaborat si un sistem de control performant.

In Etapa 6/2016 s-a continuat elaborarea de noi programe de scriere a structurilor complexe.

In timpul Etapei au fost sustinute 5 prezentari la conferinte cu participare internationala, s-a trimis spre publicare 1 articol si a fost inregistrata la OSIM o cerere de brevet.

Etapa 5:

In timpul derularii Etapei 5/2016 a proiectului „Nanofabricatie optica in domeniul 5 nm – 50 nm” s-au desfasurat activitati in trei directii majore: i) scrierea probelor in domeniul nanometric si micrometric ;ii) caracterizarea probelor scrise; iii) instalarea sistemului interferometric cu 3 axe.

Testele de scriere s-au efectuat in domeniul nanometric si micrometric. Realizarea 3D unor linii cu latimi de 5 nm - 30 nm a fost confirmata prin masuratorile de TEM si SEM. Scrierea unor structuri complexe necesita un soft elaborat si un sistem de control performant. In Etapa 5/2016 s-a continuat testarea in domeniul micrometric a programele de scriere a structurile nanometrice complexe. Probele scrise cu laserul femtosecunda au fost analizate optic si la SEM.

Simultan, a fost finalizata instalarea unui sistem interferometric cu 3 axe necesar pentru platforma de scriere nanometrica.

In timpul derularii Etapei 5/2016 au fost sustinute doua prezentari la conferinte cu participare internationala iar a treia lucrare a fost acceptata pentru prezentare la o conferinta internationala in luna iunie 2016.

  • Articol:

    1. Ana Maria Mihaela Gherman, Nicoleta Tosa, Dorin Nicolae Dadarlat, Valer Tosa, Mircea Vasile Cristea, Paul Serban Agachi, “Temperature Dynamics of Laser Irradiated Gold Nanoparticle Embedded in a Polymer Matrix”;Trimisa la International Journal of Thermal Science, Manuscript number THESCI_2016_1493/16.11.2016

  • Participari la conferinte cu participare internationala

    1. E. Pavel , S. I. Jinga , N. Tosa , A. Dinescu , B. S. Vasile, V. Marinescu , R. Trusca “Complex Patterns realized by Quantum Optical Lithography”, SPIE Conference Advanced Lithography 2016, 21-25 February 2016, San Jose, SUA.
    2. E. Pavel, G. Kada, A. Sasahara and O.R. Vasile, „AFM in Quantum Optical Lithography”, Paper P15, 2016 ISPM Conference, 12-15 June 2016, Grindelwald, Switzerland.
    3. N. Tosa, A. Falamas, L.B. Tudoran, V. Tosa,”Effect of femtosecond laser on dynamics of gold nanoparticles tailoring in water”, poster, Winter College on Optics, “Optical Frequency Combs – from multispecies gas sensing to high precision interrogation of atomic and molecular targets”, 15-26 February 2016, Trieste, Italy.
    4. N. Tosa, D. Bogdan, A. Falamas, V. Tosa, “Direct laser writing of controlled colloidal metallic patterns in thin films”, poster acceptat la “6th International Colloids Conference” , 19-22 iunie 2016, Berlin, Germania.
    5. C. Busuioc,S. Jinga, E. Pavel, „ Fluorescent Photosensitive Vitroceramics with Silver and Samarium Additives:Improvement of Writing Accuracy and Efficiency for 3D Optical Storage Media” , Poster, Paper P21, Nanotech France 2016, 1-3 June 2016, Paris, France.
    6. C. Busuioc,S. Jinga, E. Pavel, „ 3D Writing on Photosensitive Glass-Ceramics ” , Poster, Paper P9, 18th International Conference on Nanotechnology and Materials Sciences, June 27-28, 2016, Copenhagen, Denmark.
    7. N. Tosa, D. Bogdan, L. Barbu-Tudoran, A. Falamas, V. Tosa, “Direct Laser Writing of Controlled Colloidal Metallic Patterns in Thin Films”, Poster, P157, 6th International Colloids Conference, 19-22 June 2016, Berlin, Germany.
    8. V. Marinescu, G. Velciu, G. Sbîrcea, A.Moanţă, M. Menicu, C. D. Voiniţchi, G. Ghe. Ioniţă, „Characteristics of thermal insulation composite mortars”, prezentare orala, Consilox 2016, 16-20 September 2016, Sinaia, Romania

  • Cerere brevet de inventie

    1. Tudoran Cristian, Maria Viorica Stefan, Nicoleta Ioana Tosa, Ioan Ovidiu Pana, Gabriel Sergiu Macavei, Adrian Bot," INSTALATIE AUTOMATA PENTU PURIFICAREA AVANSATA A APEI POTABILE CU NANOPARTICULE MAGNETICE SI PLASMA RECE ", Nr. cerere brevet: RO-A00840 din 16 NOV 2016.

Rezultate obtinute in perioada: 1 ianuarie 2015 – 30 decembrie 2015:

In timpul derularii proiectului „Nanofabricatie optica in domeniul 5 nm - 50 nm”, in anul 2015: Etapele 2, 3 si 4, s-au desfasurat activitati in patru directii majore: i) preparare de probe; ii) scrierea probelor in domeniul nanometric si micrometric ; iii) caracterizarea probelor scrise; iv) proiectarii sistemului interferometric cu 3 axe.

Prepararea materialelor pentru nanofabricatie a permis identificarea limitei de solubilitate a argintului in sticla pentru domeniul 0,6% - 1%.Testele de scriere s-au efectuat in domeniul nanometric si micrometric. Realizarea 3D unor linii cu latimi de 5 nm - 30 nm a fost confirmata prin masuratorile de SEM si TEM. Scrierea unor structuri complexe necesita un soft elaborat si un sistem de control performant. S-a continuat testarea in domeniul micrometric a programele de scriere a etaloanelor de litografie, a literelor, logo-urilor si a unor roti dintate de diverse dimensiuni. S-au proiectat si realizat structuri metalice 2D. Studiul resistului a inclus masurarea spectrelor de absorbtie optica pentru 3 compozitii de resist.In aceasta perioada a fost efectuata proiectarea unui sistem interferometric cu 3 axe necesar pentru platforma de scriere nanometrica.Ulterior, s-au efectuat teste preliminare cu sistemul interferometric.

Rezultatele obtinute recomanda utilizarea Litografiei Optice Cuantice pentru cercetarea- dezvoltarea de materiale și sisteme noi care vor putea realiza nanocomponente la temperatura camerei și presiune atmosferică, necesare unor aplicatii diverse in domeniul nanotehnologiei.

Etapa 4:

In timpul derularii Etapei 4/2015 a proiectului „Nanofabricatie optica in domeniul 5 nm - 50 nm” s-au desfasurat activitati in patru directii majore: i) scrierea probelor in domeniul nanometric si micrometric; ii) realizarea de structuri metalice 2D; iii) caracterizarea probelor scrise; iv) experimente preliminare pentru sistemul interferometric.

Testele de scriere s-au efectuat in domeniul nanometric si micrometric. Realizarea 3D unor linii cu latimi de 5 nm - 10 nm a fost confirmata experimental prin masuratori de SEM si TEM. Scrierea unor structuri complexe necesita un soft elaborat si un sistem de control performant.

In Etapa 4/2015 s-a continuat perfectionarea programele de scriere a unor structuri complexe si a inceput proiectarea si realizarea unor structuri metalice 2D.

Simultan, s-au continuat testele preliminare cu sistemul interferometric necesar pentru platforma de scriere nanometrica.

In timpul Etapei au fost sustinute 6 prezentari la conferinte cu participare internationala si s-au publicat 2 articole.

Etapa 3

In timpul derularii Etapei 3/2015 a proiectului „Nanofabricatie optica in domeniul 5 nm - 50 nm” s-au desfasurat activitati in patru directii majore: i) scrierea probelor in domeniul nanometric si micrometric; ii) caracterizarea probelor scrise; iii) masuratori de absorbtie optica a unor compozitii de resist; iv) experimente preliminare pentru sistemul interferometric.

Testele de scriere s-au efectuat in domeniul nanometric si micrometric. Realizarea 3D unor linii cu latimi de 25 nm - 30 nm a fost confirmata prin masuratorile de SEM si TEM. Scrierea unor structuri complexe necesita un soft elaborat si un sistem de control performant. In Etapa 3/2015 s-a continuat testarea in domeniul micrometric a programele de scriere a etaloanelor de litografie si s-au masurat spectrele de absorbtie optica pentru 3 compozitii de resist.

Simultan, s-au efectuat teste preliminare cu sistemul interferometric necesar pentru platforma de scriere nanometrica.

In timpul derularii Etapei 3/2015 a fost sustinuta o prezentare la o conferinta cu participare internationala.

Etapa 2:

In timpul derularii Etapei 2/2015 a proiectului „Nanofabricatie optica in domeniul 5 nm - 50 nm” s-au desfasurat activitati in patru directii majore: i) preparare de probe; ii) scrierea probelor in domeniul nanometric si micrometric ; iii) caracterizarea probelor scrise; iv) finalizarea proiectarii sistemului interferometric cu 3 axe.

Prepararea materialelor pentru nanofabricatie a permis identificarea limitei de solubilitate a argintului in sticla pentru domeniul 0,6% - 1%.Testele de scriere s-au efectuat in domeniul nanometric si micrometric. Realizarea 3D unor linii cu latimi de ~ 10 nm - 30 nm a fost confirmata prin masuratorile de SEM si TEM. Scrierea unor structuri complexe necesita un soft elaborat si un sistem de control performant. In Etapa 2/2015 s-a continuat testarea in domeniul micrometric a programele de scriere a etaloanelor de litografie, a literelor, logo-urilor si a unor roti dintate de diverse dimensiuni, urmind ca in etapele urmatoare sa se scrie structurile nanometrice complexe.

Simultan, a fost finalizata proiectarea unui sistem interferometric cu 3 axe necesar pentru platforma de scriere nanometrica.

In timpul derularii Etapei 2/2015 au fost publicate doua articole si a fost sustinuta o prezentare la o conferinta cu participare internationala.

  • Articole:

    1. E. Pavel, “Coherent exciton mechanism of three-dimensional quantum optical lithography” Applied Optics , 54 (2015) 4613-4616.
    2. E. Pavel, S. Jinga, B.S. Vasile, A. Dinescu, R. Trusca and N. Tosa , “3D Direct Laser Writing of Petabyte Optical Disc", Optics and Laser Technology, 71 (2015) 45–49.
    3. A. Falamas, N. Tosa, V. Tosa, “Dynamics of laser excited colloidal gold nanoparticles functionalized with cysteine derivatives”, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 2015, 162 (2015) 207–212.

  • Participare cu prezentari si comunicari la conferinte internationale si nationale:

    1. E. Pavel, “Nanofabrication at 1nm resolution by quantum optical lithography ", Oral presentation, Paper 9556-22, SPIE Optics+ Photonics, 9 - 13 August 2015, San Diego, USA.
    2. E. Pavel, “Micro- and Nanofabrication by 3D Quantum Optical Lithography", Keynote Speaker, IEEE 21st International Symposium for Design and Technology in Electronic Packing – SIITME 2015, Conference and Exhibition, 22-25 October 2015, Brasov, Romania.
    3. E. Pavel, S.I. Jinga, B.S. Vasile, A. Dinescu, V. Marinescu, R. Trusca and N. Tosa, „ Direct Laser Writing at 1nm Resolution by Quantum Optical Lithography", Poster, The 31st European Mask and Lithography Conference EMLC 2015, 22 - 23 June 2015, Eindhoven, Olanda.
    4. Nicoleta Tosa, Diana Bogdan, Alexandra Falamas, Valer Tosa, “Laser-assisted Synthesis for Metamaterials”, Winter College on Optics, 2-20 February 2015, Trieste, Italy.
    5. Nicoleta Tosa, Alexandra Falamas, Valer Tosa, „Dynamics of Laser Excited Colloidal Nanoparticles Effects on Nanofabrication”,Poster, The 8th International Summer School “New Frontiers in Optical Technologies”,10-14 August 2015, Tampere, Finland.
    6. Nicoleta Tosa, Alexandra Falamas, Lucian Barbu Tudoran and Valer Tosa, “Dynamics of femtosecond laser-induced size tailoring of gold nanoparticles in water” , Oral presentation, PIM 2015, 23-25 Septembrie, Cluj-Napoca, Romania.
    7. C. Tudoran, D. Dadarlat, N. Tosa and I Misan, “High performance protection circuit for power electronics applications”, Poster, PIM 2015, 23-25 Septembrie, Cluj-Napoca, Romania.
    8. A.M.M. Gherman, N. Tosa, D. Dadarlat, M. Cristea, V. Tosa, P.S. Agachi , “Time Dependent Temperature Evolution in Laser Irradiated Gold Nanoparticles Doped Matrix” , Poster, Applied Nanotechnology and Nanoscience International Conference, 5-7 th November 2015, Paris, France.
  • Bibliografie:
    1. E. Pavel, S. Jinga, B.S. Vasile, A. Dinescu, V. Marinescu, R. Trusca and N. Tosa,
      "Quantum Optical Lithography from 1 nm resolution to pattern transfer on silicon wafer",
      Optics and Laser Technology, 60 , 80–84 ( 2014).

Rezultate obtinute in perioada: 1 iulie 2014 – 30 decembrie 2014:

In timpul derularii Etapei 1/2014 a proiectului "Nanofabricatie optica in domeniul 5 nm - 50 nm" s-au desfasurat activitatile in patru directii majore: i) preparare de probe; ii) scrierea probelor in domeniul nanometric si micrometric; iii) caracterizarea probelor scrise; iv) proiectarea sistemului interferometric cu 3 axe.

Prepararea materialelor pentru nanofabricatie a permis obtinerea urmatoarelor rezultate:

  1. Sinteza de sticle fluorosilicatice fotosensibile cu continut diferit de argint pe baza curbelor de tratament termic elaborate in concordanta cu diagramele de faza de echilibru termic;
  2. Identificarea temperaturilor de transformare structurala specifice sticlei elaborate din analize ATD;
  3. Identificarea limitei de solubilitate a argintului in sticla pentru valori mai mici de 0,5%;
  4. Determinarea compozitiei elementale si distibutia elementelor in probele analizate;
  5. Demonstrarea separarii argintului metalic cristalizat in matricea vitroasa prin procesul de racire rapida specific sticlelor;
  6. Deplasarea punctului de inmuiere a sticlelor catre temperaturi mai mici pe masura ce creste cuntinutul de argint;
  7. Reducerea nesemnificativa a transparentei sticlelor pana la un continut de 0,5% argint.

Testele de scriere s-au efectuat in domeniul nanometric si micrometric.Realizarea unor linii cu latimi de ~ 5 nm - 20 nm a fost confirmata prin masuratorile de SEM si TEM. Scrierea unor structuri complexe, exemplu: roti dintate, necesita un soft elaborat si un sistem de control performant. In Etapa 1/2014 s-au testat in domeniul micrometric, programele de scriere a unor roti dintate, urmind ca in etapele urmatoare sa se scrie structurile nanometrice complexe.

Simultan, a inceput proiectarea unui sistem interferometric cu 3 axe necesar pentru platforma de scriere nanometrica.

In timpul derularii Etapei 1/2014 au fost sustinute 2 prezentari la o conferinta cu participare internationala.

Rezultatele obtinute recomanda utilizarea Litografiei Optice Cuantice pentru cercetarea- dezvoltarea de materiale și sisteme noi care vor putea realiza nanocomponente la temperatura camerei și presiune atmosferică, necesare unor aplicatii diverse in domeniul nanotehnologiei.

  • Participare cu prezentari si comunicari la conferinte internationale si nationale:
    1. Nicoleta Tosa, Ana Maria Mihaela Gherman, Ionut Bogdan Cozar
      "Colloidal gold nanoparticles: Synthesis, Characterization and Size Control",
      10th International Conference on Physics of Advanced Materials ICPAM-10
      September 22-28, 2014, Iasi, Romania
    2. Ana Maria Mihaela Gherman, Nicoleta Tosa, Mircea Cristea
      "Neural network modeling of the parametrized gold nanoparticles generation through photo-induced process",
      10th International Conference on Physics of Advanced
      Materials ICPAM-10
      September 22-28, 2014, Iasi, Romania
  • Bibliografie:
    1. E. Pavel, S. Jinga, B.S. Vasile, A. Dinescu, V. Marinescu, R. Trusca and N. Tosa,
      "Quantum Optical Lithography from 1 nm resolution to pattern transfer on silicon wafer",
      Optics and Laser Technology, 60 , 80–84 ( 2014).