Serdecznie zapraszamy na seminarium naukowe, na którym mgr inż. Ewelina Gacka wygłosi referat pt.: Przyrządy mikro- i nanoelektromechaniczne osadzane zogniskowaną wiązką elektronów – wytwarzanie, metrologia i zastosowania. Seminarium odbędzie się w poniedziałek, 24 marca 2025 roku, o godz. 12:15 w sali 330 Gmachu Elektrotechniki (GR).
Do uczestnictwa w seminarium zapraszamy studentów, doktorantów, pracowników oraz wszystkie osoby zainteresowane tematyką wystąpienia.
Biogram
Mgr inż. Ewelina Gacka jest doktorantką w Katedrze Nanometrologii Politechniki Wrocławskiej. Specjalizuje się w technikach skaningowej mikroskopii elektronowej ze zogniskowaną wiązką jonów oraz systemach mikroelektromechanicznych (MEMS). Jest autorką 15 publikacji naukowych, laureatką stypendium START FNP oraz kierownikiem zakończonego projektu Preludium NCN. Obecnie prowadzi badania nad prototypowaniem nanoemiterów polowych zintegrowanych z urządzeniami MEMS oraz rozwojem sond stosowanych w mikroskopii sił atomowych.
Przyrządy mikro- i nanoelektromechaniczne osadzane zogniskowaną wiązką elektronów – wytwarzanie, metrologia i zastosowania
mgr inż. Ewelina Gacka
Promotor: prof. dr hab. inż. Teodor Gotszalk
Katedra Nanometrologii (K72W21ND02)
Wydział Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów Politechniki Wrocławskiej
Badania nad nowymi systemami mikroelektromechanicznymi (z ang. microelectromechanical systems – MEMS) do zastosowań w nanometrologii stają się współcześnie coraz bardziej atrakcyjne. Trudnością technologii MEMS jest wykonanie wszystkich elementów je tworzących za pomocą standardowych procesów mikroelektronicznych. Narzędziem, które umożliwia prototypowanie nanokomponentów elektronicznych jest skaningowy mikroskop elektronowy (z ang. scanning electron microscope – SEM) ze zogniskowaną wiązką jonów (z ang. focused ion beam – FIB), a także helowy mikroskop jonowy (z ang. helium ion microscope – HIM). Mikro- i nanostruktury są modyfikowane w wyniku trawienia, a także osadzania wspomaganego zogniskowaną wiązką elektronów (z ang. focused electron beam induced deposition – FEBID) i jonów (z ang. focused ion beam induced deposition – FIBID). Technologie FEBID i FIBID są addytywnymi technikami wzrostu materiału – drukiem 3D w nanoskali. Aktywności opisane w rozprawie wpisują się w rozwijaną w Katedrze Nanometrologii technologię LabInSEM, czyli równoczesnego wykonywania pomiarów elektrycznych, mechanicznych i optycznych mikrostruktur podczas ich modyfikacji zogniskowaną wiązką elektronów/jonów.
Celem pracy było badanie zjawiska emisji polowej z ostrzowych elektrod. W konsekwencji w pierwszej kolejności przeprowadzono testy ostrzy za pomocą mikroskopu sił atomowych (z ang. atomic force microscope – AFM). Zastosowano dwie metody prototypowania ostrzowych sond. Na początku, przy użyciu manipulatora wewnątrz komory próżniowej mikroskopu, przeprowadzano transfer mikrodrobin na wierzchołek mikrodźwigni. Następnie w drodze trawienia FIB formowano je w kształt ostrza o promieniu mniejszym niż 30 nm. W ten sposób wytworzono ostrza diamentowe i GaN. Przetestowano je w pomiarach topografii i map przewodności elektrycznej, aby wykazać ich odporność na zużycie. Technika transferu była czasochłonna, dlatego podjęto próby wytwarzania nanodrutowych ostrzy Pt(C) drugą metodą – FEBID i FIBID. Pomiary AFM wykazały ich mniejszą odporność mechaniczną, jednak zaletą był jednokrokowy i szybki proces produkcji. Przeprowadzono serię badań mających na celu zbadanie składu materiałowego kompozytu Pt(C). Zbadano jego właściwości elektryczne, przeprowadzając obróbkę po-procesową materiału.
W ostatnim etapie skupiono się na zbadaniu zjawiska emisji polowej z nanodrutów osadzanych metodą FEBID i FIBID, oraz opracowaniu detektora wychyleń mikrodźwigni. Do prototypowania nanodrutowych elektrod z kompozytów Pt(C) i W(C) zastosowano odpowiednio system SEM z FIB oraz HIM. Dokonano kalibracji wzrostu nanostruktur. Aby zmniejszyć napięcie progowe emisji polowej dążono do wytworzenia katody o jak najmniejszym promieniu krzywizny (ok. 25 nm), redukując jednocześnie jej odległość od anody (ok. 120 nm). Nanodrutowe emitery polowe osadzono bezpośrednio na mikrodźwigniach MEMS. Przeprowadzono pomiary emisji polowej w próżni – obserwowane napięcie progowe mieściło się w zakresie 45-70 V, w zależności od układu. Korzystając z teorii Fowlera-Nordheima wyliczono efektywną powierzchnię emisji elektronów, współczynnik kształtu, a także pracę wyjścia materiału katody. Następnie przetestowano działanie czujnika detekcji ugięcia mikrodźwigni – wyginając mikrostrukturę manipulatorem zmniejszono dystans między elektrodami o 40 nm. Wówczas rejestrowano zwiększą średnią wartość prądu emisji elektronów o 328 nA. Przeprowadzonymi badaniami wniesiono wkład w rozwój mikroelektroniki próżniowej. Zarazem wskazano możliwość tworzenia działających nanodrutowych emiterów polowych zintegrowanych z dowolnymi urządzeniami MEMS.