Towards the fabrication of Silicon Nanowires with Quantum Dot as a Platform for experimentation in Quantum Tecnologies (oral contribution to E-MRS)

In the following video, it is explained the last advances we have made in our research project. Our main objective is to build a semiconductor qbit platform for experimentation. We are exploring two main nano-fabrication approaches:

- Mix and Match between electron beam lithography (EBL) and optical lithography

- Focused ion beam implantation (FIB-i) and EBL



We can produce single charge transistors at low temperature but also to scale the fabrication to wafer level, getting more than 5000 independently connected NWs in a single wafer.

MNE 2021 - Turin (Italy) Silicon Nanowires

As introduced in the last post, we are presenting our last results in the international conference Micro Nano Engineering (MNE). This year the conference is hosted in Turin (Italy) and its the first hybrid (in-situ and also on-line) conference Im participating. The last day of the conference I presented the following work. Here, we presented a new approach for advanced electronic devices and mechanical resonators based in silicon nanowires with embedded quantum dots. Here there is the abstract:

MNE 2021 - Turin (Italy)

We are very happy to be presenting our last results in the international conference Micro Nano Engineering (MNE). This year the conference is hosted in Turin (Italy) and its the first hybrid (in-situ and also on-line) conference Im participating.

Yesterday we had been presenting two oral contributions and a poster. If you are interested to see what are we working on I invite you to their abstract ;)
- New solutions for photovoltaics:

- Three level replication of polymer structures:

- New resist Medusa:

There is still another presentation for tomorrow where I am going to show our last advances towards quantum computing. Our approach consists to embed quantum dots inside silicon nanowires and I think it is a very promising work. Hope to see you there!

European researcher's night: Dissemination poster of the project I am working in

This is an outreach dissemination poster (for general audiences) in order to explain the project I am working in. This time the poster has been writen in catalan, it is expected its presentation during the European Researcher's Night. The event aims to bring researchers closer to the general public and to increase public awareness of research and innovation activities, creating an understanding of the impact of researchers’ work on citizens’ daily lives and encouraging young people to embark on research careers.

Introduction to research for undergraduate and graduate students

There is this very interesting call for being introduced into research. I think two of the projects are specially interesting, here there are some details enclosed. 

 

An efficient and deterministic photon management using deep subwavelength features

In this communication, we are presenting a novel method to enhance light trapping and the broadband absorption of the solar radiation absorption-based photonic devices. Specifically, efficient broadband absorption was recently demonstrated with arrays of subwavelength structures. The current study examines both numerically and experimentally light trapping driven by deep sidewall subwavelength structures (DSSS) in silicon nanopillar (NP) arrays (DSSS arrays). Particularly, the focus is on DSSS geometries that are an inherent outcome of the top-down dry etch approach used in arrays of high aspect ratio NPs due to the periodical operationality of the Bosch dry etch method. ~10% enhancement in the broadband absorption of DSSS arrays compared with NP arrays is demonstrated numerically, as well as the generation of near-IR absorptivity peaks of ~25% for DSSS arrays. Importantly, it is shown that the introduction of DSSS systematically blue-shifts the absorptivity peaks of the NP arrays and in this manner a deterministic light trapping is possible. Finally, decrements of ~40% in direct reflectivity and ~7% in diffused reflectivity in DSSS arrays realized on silicon wafers is demonstrated experimentally.

The paper has been published in Nano Energy journal (Elsevier) and this is the link to the journal: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104521

 

Automated characterisation and analysis of large arrays of nanostructures fabricated at wafer scale

In this paper we are presenting a fast and automatic way of characterisation and data analysis using a general purpose SEM (Scanning Electron Microscope). This is a very interesting approach for us (International Iberian Nanotechnology Laboratory) as we are fabricating millions and millions of nanostructures everyday and we need to get feedback from how the structures look like in order to control and improve our fabrication tools and processes.

The paper has been published in Precision Engineering journal (Elsevier) and this is the link to the journal: 10.1016/j.precisioneng.2019.08.017

By this method we are able to check more than 300000000 (3 ∙ 10^8) pillars in one night or to study in detail 40000 (4 ∙ 10^4) pillars in different positions of the wafer (1600 SEM images in both cases). We developed the scripts for iFast (programming of the SEM acquisition), Labview (image processing) and Mathematica (data visualization). 

This is an example of the images we are processing:

This is the abstract of the work you can find in Precision Engineering (https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2019.08.017):
Large-area and dense arrays of nanometric scale structures are commonly fabricated for several applications. The characterisation of sub-micron structures (below 1 μm) at a large scale as well as the related data analysis are challenging tasks. Here, we present a method to address the image acquisition, the data extraction and the data analysis, applied to the evaluation of the uniformity of nanometric structures in a silicon master. Automated routines for both high and low magnification Scanning Electron Microscope (SEM) imaging have been successfully developed. SEM images have been automatically acquired by scripting routines, which collect large amounts of images of the nanometric structures covering multiple regions of the wafer in a few hours. Geometric parameters of the nanometric structures such as diameter, period and height have been extracted from the raw images using the developed image processing scripts. Finally, the data extracted from more than 4800 images acquired with three different characterisation scripts (1600 images for each study) have been analysed and plotted according to their position in the wafer.


And we can get visual results as:

To cite our work this is the reference:
Llobet J, Martins M, Calaza C, Antunes M, Martins S, Fonseca H, Pires B and Gaspar J
 Precis. Eng. 60, 320-325 (2019).

For any question or suggestion do not hesitate to contact me.

Happy new year!!!

I una petita animació :)

Research ID

Aquest és l'enllaç al meu Research ID: Aquí es pot veure les publicacions a les quals he participat i, les que son open-source, poden ser descarregades lliurement.

Nova etapa a l'INL

Aquesta ha estat la meva primera setmana a l'INL. L'INL és un laboratori de recerca internacional i interdisciplinar, orientat a l'estudi de la nanociència i nanotecnologia, ubicat a la ciutat de Braga (Portugal)

De moment comença la meva etapa d'adaptació però estic molt content i motivat de tirar endavant els nous reptes que tot just comencen.

Micro-naus interestelars a l'hangar (imatge cedida a Fotciencia)

Imatge obtinguda mitjançant un microscopi electrònic d'escombrat. 

Es pot apreciar vuit nanofils de silici suspesos (silicon nanowires) entre set plataformes d'ancoratge i dos elèctrodes per a la seva excitació elèctrica. Els nanofils suspesos son estructures molt prometedores en els camps de la nanoelectrònica i nanomecànica, on s'investiga emprar-los com a transistors electrònics (ordinadors, telèfons intel·ligents, components electrònics específics,...) i com a sensors/actuadors de dimensions sub-micromètriques (nano-robors, sensors de massa,...) 

Els nanofils de la imatge mesuren 4 micròmetres de llarg, 0,1 micròmetre d'ample i 0,04 micròmetre d'espessor. Cada plataforma d'ancoratge presenta quatre estructures de compensació per evitar el sobregravat durant la fabricació, donant peu a la seva similitud amb naus espacials.

Micro-expansió de l'agricultura per l'antic Egipte (imatge cedida a Fotciencia)

Imatge obtinguda mitjançant un microscopi electrònic d'escombrat. 

 La imatge mostra una punta micromecanitzada de silici (pel seu ús en microscopia de forces atòmiques, AFM) juntament amb una partícula de 10 micròmetres de diàmetre i una tela de pols. La microscòpia de forces atòmiques és una eina de gran importància i molt utilitzada en investigació per realitzar mapes topogràfics i interactuar amb la materia a escala nanomètrica. 

La informació es produeix de la interacció i detecció de forces moleculars i atòmiques que actuen entre la punta i la mostra. La imatge ens transporta a l'expansió de l'agricultura durant l'antic Egipte. La partícula representaria el sol, la tela de pols l'aigua del Nil, la punta d'AFM s'assembla a una piràmide i la textura de la micropalanca de suport representaria una plantació.

Evaluating the compressive stress generated during fabrication of Si doubly clamped nanobeams with AFM

En aquest treball que acabem de publicar al "Journal of Vacuum Science & Technology B", hem emprat el mètode de "Peak Force tapping" i espectroscòpia de força per avaluar l'estrès generat durant la fabricació de nano-palanques suspeses de silici doblement ancorades de secció rectangular. Les nano-palanques, alliberades al darrer estadi de fabricació, presenten curvatura que suggereix comportament biestable, típic d'estructures que retenen un estrès compressiu residual. L'estrès residual i el Mòdul de Young han sigut extrets de dades experimentals emprant dues metodologies diferents: a) anàlisi dels perfils de defecció de les nano-palanques i b) flexió mecànica induïda amb una punta d'AFM. Els resultats dels dos mètodes han estat comparats aportant informació de les limitacions dels dos mètodes.

Taula periòdica dels elements i principals usos

Deixo un enllaç d'una pàgina web interactiva d'una taula periòdica on s'indica els principals usos dels diferents elements. Un treball molt interessant i divulgatiu des del punt de vista dels materials. Enjoy!

 

Fotciencia 14

S'ha obert el plaç de presentació d'imatges per a la 14ª edició del FOTCIENCIA.

El FOTCIENCIA és una iniciativa organitzada per la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia (FECYT) i el Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) amb l'objectiu d'apropar la ciència als ciutadans a través d'una visió artística i estètica d'imatges científiques, que s'esposaran juntament amb la descripció o comentari sobre el fet científic que il·lustren.

Si voleu més informació la trobareu en aquest enllaç. Teniu temps fins al 20 de novembre!

1r premi - Young investigator award (Swisslitho and IBM)

El passat gener d'aquest mateix any, el Dr. Matteo Lorenzoni i un servidor vam guanyar el primer premi d'idea de recerca per a investigadors joves organitzat per l'empresa Swisslitho i per IBM.

La idea bàsicament consisteix en investigar els efectes de realitzar un tractament tèrmic, a través d'un microscopi de forces atòmiques, sobre dispositius de silici amorf i suspesos. D'aquesta forma hauriem de ser capaços de dissenyar i fabricar transistors d'un sol electró (SET en anglès) de característiques elèctriques i capacitats tunnel desitjades .

Enllaç: Young researcher competition

En aquesta fotografia apareixen els membres del jurat, el president de Swisslitho, i els guanyadors del primer, segon i tercer premi

Tesi doctoral

El passat 28 de Març del 2016 vaig defensar la meva tesi doctoral titulada “Focused ion beam implantation as a tool for the fabrication of nano electromechanical devices”, on s'aborda el repte de la fabricació de ressonadors nano-mètrics des d’una nova òptica basada en la implantació iònica mitjançant un feix de ions focalitzat (FIB). Aquest nou mètode permet fabricar nano-dispositius suspesos funcionals, des del punt de vista elèctric i mecànic, sense necessitat d’utilitzar resina d’una forma i) ràpida i simple, només son necessàries tres etapes de fabricació; ii) flexible, permet definir dispositius amb gran llibertat geomètrica; iii) alta resolució, es demostra la fabricació de dispositius suspesos de 4 μm de longitud per 10 nm de diàmetre; iv) reproduïble i v) compatible amb la tecnologia CMOS.

La tesi es pot descarregar punxant en aquesta imatge que apunta directament a la web del grup NanoNEMS (IMB-CNM CSIC)

Partint d’un xip de silici o SOI (silici - diòxid de silici - silici), el mètode de fabricació comença amb un procés d’implantació FIB on es defineixen les estructures i les connexions elèctriques del dispositiu. El segon pas consisteix en el gravat humit del silici, on s’ataca el silici que no està protegit per la implantació FIB, permetent la suspensió o alliberació dels dispositius. En aquest estadi, on les estructures ja estan definides, el silici és amorf, conté gal·li i no és elèctricament funcional (ρ ~1 Ω·m). El darrer pas consisteix en un tractament tèrmic a alta temperatura fins a 1000ºC, en ambient de nitrogen i amb un precursor sòlid de bor on es propicia la recristal·lització del silici formant nano-cristalls, dopar el silici amb bor (tipus p) i eliminar el gal·li. Aquest tractament a alta temperatura, on les estructures no son oxidades, permet obtenir dispositius elèctricament funcionals (ρ ~10^-4 Ω·m).

Els  principals resultats obtinguts es poden classificar en tres àmbits:

Investigació de l’efecte de la implantació amb ions gal·li en el silici, pel que fa tant a aspectes de processament com de propietats nanoelectromecàniques del material.

En aquest treball hem caracteritzat l’estructura del material en les diferents etapes de fabricació i hem caracteritzat elèctrica i electromecànicament els dispositius finals obtinguts pel mètode descrit.

Desenvolupament i optimització del procés de fabricació, especialment pel que respecte al control de dimensions i a la combinació amb altres processos

Es mostra el treball realitzat en la optimització dels diferents paràmetres de fabricació, des de la posta a punt de la dosi d’ions fins a la selectivitat del gravat. A través del disseny de les estructures es pot establir estratègies per controlar i minimitzar els efectes d’”under-etching” en el silici, a través de la definició d’estructures de compensació, i també evitar el col·lapse de les estructures més llargues, degut a les tensions superficials que es produeixen durant els processos de gravat humit, fabricant pilars per sostenir les estructures.

Aquest mètode de fabricació permet obtenir dispositius a mida convertint-lo en una eina versàtil de prototipatge i de fabricació petites quantitats, que permet aconseguir dispositius de dimensions nano-mètriques per a l’experimentació acadèmica i científica.

Investigació de les propietats electròniques, mecàniques i electromecàniques dels dispositius, i concretament en el cas de nanofils de silici suspesos que es poden aplicar com a ressonadors mecànics d’altra freqüència o transistors d’un sol forat.

Hem pogut fabricar ressonadors de diferents geometries que ens ha permès estudiar i demostrar la relació que existeix entre la simetria/asimetria dels dispositius i el senyal piezoresistiu mesurat durant la transducció electromecànica. Hem investigat i fabricat transistors d’efecte camp ultra-fins (10 ~ 15 nm) i transistors suspesos on les característiques elèctriques a baixa temperatura mostren efectes de “Coulomb blockade” gracies als nano-cristalls que es formen, dins dels nano-fils de silici suspesos, durant l’etapa de tractament tèrmic. 

MNE 2016 a Vienna

La setmana del 19 de setembre vam assistir i presentar resultats a la conferencia Micro and nano engineering (MNE) 2016 a Vienna. Fruit dels últims treballs vam presentar un pòster i una xerrada.

Els treballs es basen en el nou mètode de fabricació, que hem desenvolupat, que permet obtenir estructures suspeses de silici que son elèctrica i mecànicament funcionals.

Va ser un congrés molt interessant i vam aprendre un munt de coses en noves tendències de nanofabricació i nanociència.

http://nanolithography.spiedigitallibrary.org/article.aspx?articleid=2422286

http://nanolithography.spiedigitallibrary.org/article.aspx?articleid=2422286

Forma ràpida de resoldre una multiplicació de polinomis

Mai saps quan hauràs de resoldre un polinomi! A través d'aquest giny (widget) et resultarà molt ràpid i fàcil.
Solucionar multipliacions de polinomis