Představujeme Nanolaboratoř, laboratoř pro nanoelektrické technologie za 40 milionů korun

20. 1. 2022

Nová laboratoř uspokojí poptávku českých firem po odbornících na návrh a realizaci polovodičových čipů.

Fakulta elektrotechnická ČVUT (FEL) slavnostně otevřela laboratoř pro výzkum a výuku nanoelektrických technologií. Nová laboratoř, která vznikla investicí 40 milionů Kč, spojuje několik unikátních technologií v jeden celek. Z jejích možností budou těžit jak výzkumníci z katedry mikroelektroniky, tak studenti, kteří zde získají praktické zkušenosti se špičkovými technologickými zařízeními používanými v polovodičovém průmyslu.

Na všech projektech, které se v laboratoři rozběhly už v loňském roce během jeho testovacího provozu, se podílejí zejména doktorandi, ale také studenti bakalářského a magisterského studia. „Laboratoř aktuálně využívá pět studentů doktorského studia, několik postdoktorandů a čtyři výzkumní a pedagogičtí pracovníci,“ uvádí Jan Voves, vedoucí nové laboratoře a docent katedry mikroelektroniky FEL ČVUT.

Nanolaboratoř tak významně přispěje k tomu, aby byla naplněna poptávka českých firem po vysoce specializovaných odbornících, kteří budou navrhovat polovodiče, včetně mikročipů, jejichž nedostatek významně ovlivňuje světové trhy. Firmy v oblasti výroby polovodičů nepotřebují jen technology, ale i designery, jejichž znalosti a kompetence právě nová laboratoř na katedře mikroelektroniky rozvíjí. Absolventi budou velice žádaní ze strany malých i velkých firem zabývajících se výrobou mikročipů, optických komponent a elektronických součástek.

Jednou ze studentek, která v Nanolaboratoři realizuje svůj projekt, je Bc. Karolína Veselá. V rámci své bakalářské práce se podílela na zprovoznění technologie depozice tenkých vrstev. „Zařízení pro depozici atomárních vrstev (ALD – Atomic Layer Deposition) dokáže díky postupným chemickým reakcím v reaktoru nechat narůst na vzorek novou vrstvu materiálu, a to dokonce v řádu jednotlivých molekul. Několik testovacích růstů tenkých oxidových vrstev proběhlo úspěšně,“ vysvětluje studentka 1. ročníku magisterského studia programu Elektronika a komunikace. Karolína Veselá má v plánu se technologií zabývat i v rámci své diplomové a výhledově i doktorské práce, nejnověji už v kooperaci s Fyzikálním ústavem AV ČR, kde mají podobnou technologii MBE.

foto: BcA. Petr Neugebauer, SVTI FEL ČVUT

Kde všude přispěje Nanolaboratoř k novému poznání: zkoumání nádorových buněk, solární články či kosmický výzkum

Spektrum oborů, k jejichž zkoumání Nanolaboratoř přispěje, je ovšem mnohem širší než jen oblast čipů. „Nanolaboratoř zvýší naše poznání o nových technologiích a výzvách, které má naše společnost před sebou. Připravujeme spolupráci na vývoji antireflexních vrstev pro solární články ve spolupráci s laboratoří, která působí v rámci naší fakulty. Pomůže nám to i v projektech s diamantovou elektronikou, která vyniká vysokou odolností. Další oblastí uplatnění jsou kosmické technologie, ve kterých se angažuje veřejný i soukromý sektor,“ nastiňuje prof. Pavel Hazdra, vedoucí katedry mikroelektroniky FEL ČVUT, potenciál navazujícího interdisciplinárního výzkumu a šíři aplikací, na jejichž vývoji se budou moci výzkumníci z jeho katedry díky nové laboratoři podílet.

Tým doc. Jana Vovsa již zahájil spolupráci s National Taiwan University of Science and Technology (NTUST), která provádí nedestruktivní měření biologických látek pomocí Ramanovy spektroskopie (Surface Enhanced Raman Spectroscopy). „Tato technologie má schopnost zesílit signál s pomocí úpravy povrchu a my v rámci projektu s pomocí technologie ALD vytváříme v Nanolaboratoři dielektrické vrstvy, které umožní lepší detekci biologických látek. Ačkoli se stále jedná o základní výzkum, je zde již přesah i ke konkrétní aplikaci v oblasti medicíny; s pomocí této spektroskopie je totiž možné detekovat i nádorové buňky,“ představuje doc. Voves již probíhající výzkum s tchajwanskou univerzitou.

Nanolaboratoř jako vyústění dlouhodobé tradice ve výzkumu mikroelektroniky na FEL ČVUT

Nanolaboratoř je vybavená unikátními technologiemi z oblasti bezmaskové optické litografie, depozice atomárních vrstev (ALD) a hlubokého leptání reaktivní plazmou, které tvoří ucelený systém umístěný v prostorách s vysokou čístotou. „Některé z přístrojů dosud v ČR nebyly, například nejnovější model optického litografu ML3 s přímým zápisem. Technologie ALD v naší laboratoři má výhodu velmi šetrného vkládání vzorků pomocí přechodové komory (load-lock) umístěné v dusíkové atmosféře a také v monitorování růstu pomocí optické elipsometrie umožňující růst zastavit při dosažení určitého počtu atomárních monovrstev,“ říká prof. Pavel Hazdra. Právě na růstu dielektrických vrstev technologie ALD se bakaláři budou seznamovat s přístroji, aby potom dále v magisterském studiu mohli vytvářet vlastní struktury.

Nanolaboratoř vznikla v návaznosti na Laboratoř nanoelektroniky, vybavené za podpory projektů MŠMT mikroskopem AFM, materiálovou tiskárnou a charakterizačními metodami v letech 2012 až 2015. Díky projektům Výzkumná infrastruktura pro doktorské studijní programy na ČVUT FEL a Centrum pokročilých aplikovaných přírodních věd pro rozvoj doktorského studia a CAAS bylo možno v letech 2019 až 2021 postupně laboratoř rekonstruovat, tak aby splňovala požadavky na čisté prostory a vybavit ji nákladnými technologickými zařízeními. Výzkum v oblasti mikroelektroniky na FEL ČVUT ovšem navazuje na dlouhodobější tradici, která sahá až k přelomu šedesátých a sedmdesátých let. Tehdejší stav a technologie zachycuje popularizační dokument z roku 1980 pod názvem Realizační projekt mikroelektroniky.