Nuova tecnologia di fabbricazione e valutazione dei film sottili
I film sottili, strati di materiali con spessori sulla scala dei nanometri, sono diventati onnipresenti di recente, con una crescente prevalenza nei settori dell'elettronica e dei rivestimenti protettivi. I film sottili di ossidi sono diventati un obiettivo chiave dell'industria elettronica grazie alle loro capacità uniche di gestione di tensioni superiori rispetto a quelle dell'elettronica basata sul silicio, di stabilità alle alte temperature, di trasparenza (si immagini un circuito elettronico trasparente) e di ecocompatibilità. I ricercatori europei intendevano sviluppare un nuovo processo di deposizione dei film sottili economico, flessibile e sostenibile grazie al finanziamento del progetto 3D-DEMO. Se anche le tecniche per la deposizione di film sottili esistenti sono molte, la possibilità di produrre in massa ossidi multicomponente con patterning tridimensionale (3D) durante la fase di deposizione, in un unico passaggio, è attualmente impossibile, se pure cruciale per la progettazione dei dispositivi del futuro. I ricercatori hanno sviluppato una tecnica di deposizione di film sottile per epitassia a fascio chimico (CBE, chemical beam epitaxy) in grado di ottenere il patterning 3D in un unico passaggio. I risultati sono stati confrontati con quelli della deposizione a laser pulsato (PLD), un processo che consente la rapida e affidabile crescita di film sottili, ma in quantità minori. Inoltre, i ricercatori hanno sviluppato una variante della microscopia ottica a scansione di campo vicino (NSOM), e precisamente la NSOM a interferometria eterodina (H-NSOM), per meglio studiare il patterning e l'uniformità ottica. I film sottili PLD metallici evidenziavano un comportamento elettromagnetico problematico, nonché superfici irregolari e instabili alle alte temperature, con possibilità di fessurazioni. Al contrario, i film CBE di niobato di litio (LiNbO3) a orientamento 101 depositati su ossido di magnesio (MgO) erano più regolari e consentivano la deposizione a temperature inferiori, dimostrando la superiorità del processo CBE. Tra i dispositivi provati, le guide a onda, particolari tipi di trasmissione elettromagnetica. Inoltre, per implementare con successo il processo CBE nella produzione, i ricercatori hanno utilizzato la H-NSOM per una migliore definizione delle proprietà spettrali delle guide d'onda per film sottili in LiNbO3/MgO. Nel complesso, il progetto 3D-DEMO ha consentito lo sviluppo di una nuova tecnologia per il patterning 3D degli ossidi in film sottili in un unico passaggio, e di nuovi metodi di microscopia ottica per la valutazione delle caratteristiche spettrali dei film sottili stessi. Lo sfruttamento dei risultati ottenuti potrebbe avere un rilevante impatto sull'industria europea dei dispositivi elettronici, riducendo i costi e migliorando le capacità di produzione di massa.