RICERCA ITALIANA     

Nanoimprinting di materiali molecolari per fotonica

Politecnico di Milano

Abstract

Obiettivo di questo progetto è implementare protocolli di litografia per imprinting stato dell'arte, a basso costo, per la fabbricazione di una nuova generazione, di dispositivi laser organici ad alte prestazioni, basati su strutture a cristallo fotonico. In questi dispositivi il feedback è introdotto per mezzo del patterning diretto del mezzo attivo. Saranno approfonditi i processi fisici alla base della tecnica di nanoimprinting e il suo limite ultimo in termini di risoluzione e area litografabile, determinabili in varie classi di materiali, sia polimeri coniugati sia molecole organiche a basso peso molecolare. Tutte le nanostrutture organiche e i dispositivi nanostrutturati realizzati verranno caratterizzati per mezzo di tecniche di indagine morfologica operanti su scala nanomentrica e mediante spettroscopia ottica nel regime dei femtosecondi, al fine determinare l'effetto della nanolavorazione sulle proprietà di emissione dovute sia ad effetti di cofinamento ottico sia di modifica morfologica. Inoltre le strutture ottenute verranno caratterizzate dal punto di vista dell'applicazione fotonica, per estrarre i parametri operativi essenziali dei dispositivi.

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Guglielmo LANZANI Politecnico di MILANO

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il progetto mira all'implementazione di nuove tecniche litografiche (di imprinting ) per il patterning di materiali organici. A dispetto del crescente interesse in polimeri e piccole molecole coniugati, dovuto alle eccellenti proprietà in termini di modulazione del colore, flessibilità e basso costo di fabbricazione, il limite persistente per il pieno utilizzo di tali materiali in dispositivi avanzati è legato alla mancanza di tecniche litografiche ottimizzate ad hoc per essi. Tecnologie litografiche convenzionali, quali fotolitografia e litografia a fascio elettronico, non sono infatti compatibili con polimeri e piccole molecole solubili. Questo previene la possibilità di realizzare nanostrutture complesse capaci di utilizzare il confinamento della luce per aumentare le prestazioni dei dispositivi.Un passo avanti per l'optoelettronica e la fotonica dei materiali organici, e in particolare per la fabbricazione di una nuova generazione di dispositivi nanostrutturati, necessariamente passa dunque attraverso lo sviluppo di una nuova tecnologia per litografia ad alta risoluzione. Questo richiede tre attività altamente sinergiche: 1)l'indagine dettagliata delle proprietà strutturali e chimiche dei composti organici utilizzati nei processi di litografia di imprinting, con particolare attenzione alla fenomenologia della temperatura di transizione vetrosa, e alla fluidodinamica in nanocapillari; 2) un'attività di nanotecnologia finalizzata alla fabbricazione di master polimerici e a >>>

Risultati parziali attesi

1 100x100mm2 master di semiconduttori inorganici e/o metalli con strutture sub-
micrometriche; aspect ratio>1 (masters-1) [mese 3]
2 Analisi morfologica su scala nanometrica dei master fabbricati [mese 4]
3 Trasferimento delle strutture dei masters-1 su film di polimeri e piccole molecole non
termoplastiche mediante Nanoimprinting e Soft Embossing [mese 6]
4 Allestimento del set-up per NSOM risolto nel tempo. Caratterizzazione fotofisica di base dei materiali da usarsi nella realizzazione delle nanostrutture [mese 8]
5 Analisi morfologica e fotofisica su scala nanometrica delle strutture organiche realizzate mediante imprinting [mese 8]
6 3x3mm2 Master di semiconduttori inorganici e/o metalli con strutture sub-micrometriche;
aspect ratio>1 (masters-2) [mese 9]
7 Trasferimento delle strutture dei masters-2 su film di polimeri e piccole molecole non
termoplastiche mediante Nanoimprinting e Soft Embossing [mese 12]
8 Valutazione delle proprietà fotoniche (emissone, guadagno) dei materiali nanostrutturati [mese 14]
9 Analisi dei limiti dei processi di nanopatterning di composti organici luminescenti e con
guadagno ottico [mese 15]10 Disegno e fabbricazione di laser a feedback distribuito operanti al primo e secondo ordine
nella regione del visibile con soglia laser ridotta >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il tema della miniaturizzazione dei componenti elettronici e opto-elettronici rappresenta un punto critico fondamentale per lo sviluppo della moderna tecnologia. La relazione tra riduzione delle dimensioni e tempo è stata lineare negli ultimi cinquanta anni. Ogni 15 anni, la dimensione minima è stata ridotta di un ordine di grandezza e il livello di integrazione aumentato di tre ordini di grandezza. Finora la tecnologia usata con più successo per la realizzazione di micro e nano-strutture è stata la fotolitografia. E'ben noto comunque, che la litografia ottica sotto i 100nm è limitata dalla diffrazione, e dall'opacità dei materiali che costituiscono le lenti e i substrati delle fotomaschere. Altre litografie avanzate, come la litografia a fascio ionico e a fascio elettronico, sebbene caratterizzate da una risoluzione estrema (sotto 50nm), lavorano in modalità seriale, dunque non sono compatibili con processi di produzione di massa che permetterebbero la commercializzazione a basso costo di dispositivi nanostrutturati. Oltre ciò, queste tecniche hanno diversi limiti: non possono essere facilmente utilizzate per superfici non planari, sono fortemente dipendenti dal materiale da litografare, e non permettono il controllo della chimica delle superfici litografate, specialmente quando gruppi funzionali complessi, quali quelli necessari in chimica, biochimica e biologia, sono coinvolti. Infine, esse normalmente richiedono processi di attacco chimico che possono difficilmente >>>