Rezultate ale CENASIC, noul centru de nanotehnologie din IMT
- Aerogeluri nanocompozite pe bază de grafenă cu aplicaţii în absorbţia hidrocarburilor şi eficientă la ecranare electromagnetică, A.C. Obreja, S. Iordanescu, R. Gavrilă, V. Tucureanu, F. Comanescu, B. Biţă, M.
INCD pentru Microtehnologie - IMT Bucuresti
- Efecte morfologice secundare in procesul de corodare al filmelor de diamant nanocristalin, C. Pachiu, A. Avram, M. Veca, T. Sandu, R. Popa, C. Tibeica, A. Dinescu, M. Popescu, F. Comanescu, C. Romanitan, INCD pentru Microtehnologie - IMT Bucuresti
- Modelarea conductiei termice in nanocomposite, Titus Sandu, George Boldeiu, Rodica Voicu, INCD pentru Microtehnologie - IMT Bucuresti, CENASIC
- Filme subțiri de oxid de hafnium dezvoltate prin tehnica ALD (Atomic Layer Deposition), F. Năstase, A. Baracu, R. Gavrilă, A.-I. Istrate, C. Romaniţan, F. Comănescu, INCD pentru Microtehnologie - IMT Bucuresti
- Monostraturi de grafenă crescute prin metoda CVD, Andrei Avram, Bianca Țîncu, Florin Comănescu, Vasilica Țucureanu, Adrian Dinescu, INCD pentru Microtehnologie - IMT Bucuresti
- Studiul prin spectroscopie micro-Raman a modificarilor proprietatilor structurale ale grafenei obtinute prin CVD si transferata pe substrat de Si, Florin Comănescu, Munizer Purica, INCD pentru Microtehnologie - IMT Bucuresti
#########################
Aerogeluri nanocompozite pe bază de grafenă cu aplicaţii în absorbţia hidrocarburilor şi eficientă la ecranare electromagnetică
A.C. Obreja, S. Iordanescu, R. Gavrilă, V. Tucureanu, F. Comanescu, B. Biţă, M. Dragoman
Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Microtehnologie IMT-Bucureşti
Aerogeluri nanocompozite pe bază de grafena au fost obţinute prin metoda hidrotermală utilizând ca precursor soluţii apoase oxid de grafena (GO). Pentru obţinerea unei structuri 3D cu porozitate contolata, reducerea GO a fost efectuată în prezenţa unor distanţieri formaţi din particule de dioxid de siliciu şi doturi de carbon cu rolul de a preveni formarea structurii grafitice. Aerogelurile au fost caracterizate morfologic şi structural având ca aplicaţii potenţiale utilizarea lor în medii de absorbţie pentru diferiţi solvenţi organici. Deasemenea eficientă la ecranare electromagnetică (EMI shielding) a nanocompozitelor obţinute a fost evaluată în domeniul de bandă X (8.5-12.5 GHz) pentru aerogelurile preparate sub formă de filme.
#########################
Efecte morfologice secundare in procesul de corodare al filmelor de diamant nanocristalin
C. Pachiu, A. Avram, M. Veca, T. Sandu, R. Popa, C. Tibeica, A. Dinescu, M. Popescu, F. Comanescu, C. Romanitan
Institutul National de Cercetare – Dezvoltare in Microtechnologies - IMT Bucharest
Filmele de diamant ultra-nanocristalin (UNCD) pot fi crescute prin metode CVD bazate pe plasma de microunde (MWCVD) [1] sau la temperatura inalta (HFCVD) [2]. UNCD prezinta proprietati mecanice, electrice si optice apropiate de ale diamantului cristalin, rezultand in acelasi timp filme de rugozitate si procesabilitate favorabile realizarii de structuri MEMS [3, 4].
Pentru evaluarea potentialului de structurare a filmelor UNCD depuse de substrat de Si, au fost efectuate investigatii morfologice (vizualizare SEM) si fizico-chimice (spectroscopie XRD si Raman) in vederea optimizarii procesului de corodare uscata desfasurat pe echipamentul EtchLab SI 220.
Utilizand ca masca de corodare un film microstructurat de Al, s-a observat ca procesul RIE in plasma de SF6 este foarte lent. Pe de alta parte, plasma de O2 asigura o corodare eficienta, dar insotita de un efect de contaminare prin aparitia unor nanostructuri columnare (pillarlike diamond) [5, 6], cauzate probabil de redepuneri sub forma de Al2O3 care favorizeaza corodarea selectiva a fazelor de carbon non-sp3. In cazul utilizarii unui amestec de gaze reactive O2 si SF6 s-a reusit corodarea izotropa si eliberarea filmului de UNCD de pe substrat, dar insotita din nou de contaminare sub forma unor nanostructuri poroase (grasslike diamond) [7].
Problema aparitiei acestor tipuri de nanostructuri parazite asociate procesului RIE a fost rezolvata prin introducerea unui pas suplimentar de protejare a mastii de Al. Adaugarea fotorezistului ca strat de sacrificiu in cadrul primei etape a procesului de corodare, previne aparitia efectelor morfologice secundare identificate initial.
Concluziile acestui studiu vor facilita utilizarea filmelor de diamant nanocristalin in dezvoltarea unor structuri MEMS cu aplicatii opto-electronice si biomedicale.
[1] W. Kulisch, C. Popov, Phys. Status Solidi A 203, pp. 203 (2006).
[2] J. E. Butler, Y. A. Mankelevich, A Cheesman, J. Ma, M. N. R. Ashfold, J. Phys.: Condens. Matter 21, No 36 (2009).
[3] A. V. Sumant, O. Auciello, M.Liao, and O A. Williams, MRS Bulletin, 39, pp. 511-514, (2014).
[4] D. Berman, J. Krim, , Prog. Surf. Sci. 88, pp. 171–211 (2013).
[5] S. Kunuku,N.-H. Tai, K. J. Sankaran, K.-C. Leou, I-N Lin, ACS Appl Mater. & interfaces, 5, pp.7439-7449 (2013).
[6] J K. Teii, M. Hori, and T. Goto Journal of Vacuum Science & Technology A Vacuum Surfaces and Films 18(6):2779-2784 ·( 2000)
[7] S. Kunuku,N.-H. Tai, K. J. Sankaran, K.-C. Leou, I-N Lin, IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference (IEEE NMDC 2013).
#########################
Modelarea conductiei termice in nanocompozite
Titus Sandu, George Boldeiu, Rodica Voicu
Centrul de Cercetare pentru Nanotehnologii Dedicate Sistemelor Integrate si Nanomateriale Avansate pe Baza de carbon-CENASIC
Institutul National de Cercetare-Dezvoltare in Microtehnologie, IMT-Bucuresti
Abstract
Compozitele si, in particular, nanocompozitele sunt materiale neomogene alcatuite din cel putin doua materiale diferite. In multe cazuri in compozite este folosit un material ca matrice in care este dispersat cel de-al doilea sub forma de micro- sau nanoparticlule omogene. Rolul compozitelor este de a pastra unele caracteristici fizice date de matrice si a imbunatati alte caracteristici fizice care sunt determinate de nanoparticulele dispersate in matrice [1]. In modelele in care componentele compozitului sunt tratate ca un continuum, atat proprietatile dielectrice cat si cele de conductie electrica si termica pot fi tratate similar prin rezolvarea ecuatiei Laplace in medii heterogene [2]. Modelarea nanocompozitelor se poate face la nivel de element finit cu un efort mare de calcul numeric dar cu avantajul ca poate oferi informatii locale despre configuratia campurilor in nanocompozite [3, 4]. O alta abordare, care istoric este cea mai veche [5], este cea data de teorii efective ale compozitelor in care materialul compozit este “omogenizat” dupa o anumita reteta [2,6]. In teoriile efective se pleaca de la raspunsul unei singure incluziuni si apoi pe baza unui procedeu de mediere se obtine conductivitatea efectiva a compozitului.
Prezentarea noastra va fi axata pe modelarea conductivitatii termice in compozitele bazate pe grafene si nanotuburi de carbon [7,8]. In analiza compozitelor pe baza de carbon vom folosi rezultatele noastre recente, publicate in [9, 10].
Bibliografie
[1] H. Chen et al., Thermal conductivity of polymer-based composites: Fundamentals and applications, Progress in Polymer Science, 59, pp. 41–85, (2016).
[2] S. Torquato, Random Heterogeneous Materials: Microstructure and Macroscopic Properties, Spinger-Verlag, 2001.
[3] C. Brosseau and A. Beroual, Computational electromagnetics and the rational design of new dielectric heterostructures, Prog. Mater. Sci. 48 373 (2003).
[4] V. Myroshnychenko, C. Brosseau, Finite-element modeling method for the prediction of the complex effective permittivity of two-phase random statistically isotropic heterostructures, J. Appl. Phys. 97, 044101 2005.
[5] J. C. Maxwell Garnett, Philos Trans Royal Soc London 203 pp. 385 (1904).
[6] C.-W. Nan, Physics of inhomogeneous inorganic materials, Prog. Mater. Sci. 37, 1-116 (1993).
[7] K. M. F. Shahil, A. A. Balandin, Graphene−Multilayer Graphene Nanocomposites as Highly Efficient Thermal Interface Materials, Nano Lett., 12, 861−867 (2012).
[8] . Shtein, R. Nadiv, M. Buzaglo, K. Kahil, and O. Regev, Thermally Conductive Graphene-Polymer Composites: Size, Percolation, and Synergy Effects, Chem. Mater., 27, 2100−2106, (2015).
[9] R. C. Voicu, T. Sandu, Analytical results regarding electrostatic resonances of surface phonon/plasmon polaritons: separation of variables with a twist, Proc. R. Soc. A 473: 2016079, (2017).
[10] Titus Sandu, Near-Field and Extinction Spectra of Rod-Shaped Nanoantenna Dimers, PROCEEDINGS OF THE ROMANIAN ACADEMY, Series A, 15, pp. 338-345, (2014).
#########################
Filme subțiri de oxid de hafnium dezvoltate prin tehnica ALD (Atomic Layer Deposition)
F. Năstase, A. Baracu, R. Gavrilă, A.-I. Istrate, C. Romaniţan, F. Comănescu
Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Microtehnologie IMT-Bucureşti
În momentul de faţă, sunt căutate noi concepte, materiale şi tehnologii pentru dispozitivele electronice ale viitorului, dispozitive ce implică un cost scăzut de producţie, procesare simplă - inclusiv pe substraturi flexibile, un consum redus de energie, să fie prietenoase cu mediul ȋnconjurător. Ȋn acest context, filmele ultrasubţiri (cu grosimi de ordinul nanometrilor sau zecilor de nanometri) dielectrice, semiconductoare, metalice, îşi găsesc multiple aplicaţii în multe domenii ale ştiinţei şi tehnicii în special în micro/nanoelectronică. Acesta este şi motivul pentru care există un permanent interes faţa de metodele de obţinere, proprietăţile electro-fizice şi rutele de aplicare în practică ale filmelor ultrasubţiri.
Metodele de obţinere a filmelor ultrasubţiri s-au dezvoltat continu astfel încat la ora actuală este posibil obţinerea controlată de filme ultrasubţiri, de înaltă calitate şi cu proprietăţi electro-fizice remarcabile. Pentru a depune filme ultrasubțiri controlate la nivel atomic, depunerea de straturi atomice (ALD - Atomic Layer Deposition), este tehnica cea mai adecvată.
În această lucrare a fost evaluat procesul de depunere de straturi atomice (ALD) pentru filmul subţire dielectric de oxid de hafniu (HfO2) utilizânduse ca sursă de hafniu tetrakis-etilmetilamino-hafniu (TEMAH) iar ca sursă de oxigen vaporii de apă.
#########################
Monostraturi de grafenă crescute prin metoda CVD
Andrei Avram, Bianca Țîncu, Florin Comănescu, Vasilica Țucureanu, Adrian Dinescu
Institutul National de Cercetare – Dezvoltare in Microtechnologies - IMT Bucharest
În cadrul centrului CENASIC s-a implementat procesul de creștere a grafenei monostrat (SLG – Single Layer Graphene), în vederea producției locale a necesarului pentru cercetare/dezvoltare.
Rezultatele arată o îmbunătățire semnificativă a uniformității creșterii, obținându-se acoperire completă. Grafena crescută este de dimensiuni suficient de mari pentru fabricarea la scara mică a dispozitivelor nanoelectronice, în scopul vizat de activități de cercetare, fiind obținute domenii de grafena cu diametrul între 10 µm și 30 µm. Optimizarea parametrilor de creștere are loc în continuare, în prezent rezultatele preliminare arată posibilitatea obținerii unor domenii cu diametrul de peste 100 µm.
Conform caracterizărilor Raman și FTIR, grafena crescută este de bună calitate, în cele mai multe zone observându-se un raport I2D/IG între 2 și 4 iar lărgimea la semiînălțime a picului 2D fiind între 25 și 40.
În cadrul experimentelor efectuate, s-a constatat necesitatea implementării unor protocoale post-procesare, în urma investigațiilor noastre fiind evidențiat un strat rezidual, cel mai probabil format din hidrocarburi nereacționate.
#########################
Studiul prin spectroscopie micro-Raman a modificariilor proprietatilor structurale ale grafenei obtinute prin CVD si transferata pe substrat de Si
Florin Comănescu, Munizer Purica
Institutul National de Cercetare – Dezvoltare in Microtechnologie - IMT Bucuresti
Integrarea grafenei monoatomice in tehnologia de realizare de dispozitive micro/nano- electronice presupune in prezent parcurgerea a doua etape distincte si anume: prima constand in sinteza grafenei prin depunere chimica din stare de vapori (CVD) pe un substrat de metal de tranzitie (cupru, nichel) urmata de transferarea stratului monatomic de grafena pe substratul tinta care poate fi siliciu sau siliciu oxidat. Grafena analizata a fost sintetizata prin CVD pe folie de Cu si transferata prin metode chimice umede utilizand diverse tehnici de desprindere a grafenei de pe folia de cupru de arie 2.5 cm2 cu ajutorul straturilor polmerice de PMMA si PDMS, urmarindu-se obtinerea unor monostraturi transferate cu arii cat mai mari.
Modificarile proprietatiilor structurale ale grafenei ca urmare a procesului de transfer au fost evidentiate prin analiza caracteristicilor benzilor Raman D, G, 2D localizate la 1332 cm-1 , 1582 cm-1, 2650 cm-1 si a indicatorilor calitativi - rata de defecte ID/IG si indicatorul de calitate I2D/IG.
Spectrele Raman achizitionate cu laserul de 632.8 nm de pe substratul de SiO2/Si au pus in evidenta ca in cazul transferarii grafenei prin tehnica delaminarii electrochimice acoperirea cea mai mare a suprafetei tinta in proportie de peste 60 % cu grafena monoatomica (SLG) cu arii mai mari de 20x20 µm2. Valorile largimii la seminaltime a benzilor in domeniul (16-18) cm-1 pentru D , de (12-16) cm-1 pentru G si de (24-28) cm-1 pentru linia raman 2D precum si ale rapoartelor intensitatilor ID/IG si I2D/IG in intervalul (0,3-0,5) si (2,4-2,7) respectiv au aratat ca pe substratul tinta de SiO2/Si s-a obtinut o grafena monoatomica cu densitate mica de defecte si nestresata .
Editiile anterioare ale seminarului:
