Micro/Nano fabrication of polymer-based devices

• Autores: Cristina Martin Olmos
• Directores de la Tesis: Andreu Llobera Adan (dir. tes.), Francesc Pérez Murano (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2008
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Jaume Esteve Tintó (presid.), Gabriel Abadal Berini (secret.), Juergen Brugger (voc.), Montserrat Calleja Gómez (voc.), Stephanus Büttgenbach (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  DDD 
• Resumen

  • Aquest document resumeix el treball d'investigació realitzat per l'obtenció del títol de Doctor en Enginyeria Electrònica a la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB). El treball ha estat elaborat al Centre Nacional de Microelectrònica (CNM), a l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB). Les activitats del CNM-IMB estan dividides en 6 àrees d'investigació diferents, cobrint un ampli rang de dispositius microelectrònics: microsistemes i tecnologia de silici, transductors químics, dispositius i sistemes de potència, aplicacions biomèdiques, diseny de circuits electrònics i nanotecnologia. Aquest treball s'ha dut a terme dins d'aquesta última àrea. La major part de la feina s'ha emmarcat en el projecte d'investigació europeu FP6 NOVOPOLY (Novel functional polymer materials for MEMS and NEMS applications) que té com a objectius desenvolupar nous materials per aplicacions en l'àrea de la tecnologia dels micro- i dels nano- sistemes (MEMS i NEMS). Una altra part de la Tesi es va realitzar en el marc del projecte d'investigació europeu FP6 NaPa (Emerging Nanopatterning Methods) que pretén desenvolupar noves tècniques d'estampació nanomètrica com poden ser el NIL, soft lithography, la litografia basada en MEMS, etc. Ambdós projectes han estat fonts de motivacions, capital per recursos y col·laboradors que han contribuït notòriament en la formació d'aquesta Tesi. El primer objectiu d'aquest treball va ser el de establir les bases de la tecnologia de fabricació amb polímers en la Sala Blanca del CNM. El CNM sempre ha treballat amb tecnologia de silici però, donat que el polímers estan demostrant ser una alternativa de baix cost, era interessant (a nivell local) optimitzar aquests processos. Per altra banda, existeix un gran interès en modificar els polímers fotoestructurables existents, com la SU-8, afegint-los diferents funcionalitats i superant així les actuals limitacions d'aquests materials pel que fa a les seves propietats mecàniques, a la seva conductivitat elèctrica, a millorar la seva estabilitat a altes temperatures, etc. Aquests nous polímers poden representar en un futur pròxim les bases de l'avanç de la tecnologia de polímers, tant per aplicacions acadèmiques com industrials. Gràcies a les col·laboracions establertes en els projectes europeus abans mencionats, s'ha pogut presentar en aquesta Tesi el processat d'alguns nous polímers per algunes aplicacions concretes. Per tots aquests motius esmentats, aquesta Tesi és un compendi de diferents dispositius polimèrics, cadascun d'ells fabricat amb processos diferents, perquè o bé els materials o bé les tècniques no eren les mateixes. Per aquesta raó, la Tesi es divideix en 7 Capítols: La introducció pretén repassar l'estat de l'art de les tècniques de fabricació amb polímers. Com aquesta Tesi està enfocada en l'ús de polímers fotoestructurables per a la fabricació de dispositius, el principal procés és la UV lithography tot i que altres mètodes han estat desenvolupats per assolir millor resolució i millors resultats. Les tècniques litogràfiques que es poder utilitzar amb polímers estan breument descrites i també s'introdueixen tres tipus diferents de polímers per donar un coneixement bàsic dels conceptes més fets servir al llarg d'aquesta memòria. El Capítol 2 presenta la fabricació de sondes d'AFM polimèriques que podes ser utilitzades en qualsevol equip d'AFM comercial, demostrant així el seu camp d'aplicació, el seu baix cost de producció i la seva capacitat per a ser comercialitzades. Aquesta és la principal responsabilitat de què el CNM tenia dins del projecte Novopoly. El Capítol 3 és una extensió del capítol anterior però usant un nou material compost per nanopartícules i polímer. El nou material millora algunes de les propietats del polímer original i també s'afegeixen propietats que abans no tenia com pot ser l'actuació magnètica. En el Capítol 4 s'introdueix un nou polímer. En aquest cas, es demostra que el material és capaç de proporcionar actuació optotèrmica degut a que té un coeficient d'expansió tèrmic més elevat que la versió no dopada. A més, donat que el material és negre, l'actuació òptica en el espectre del visible és possible, el que obre noves possibilitats comparat amb el polímer estàndard. Un model teòric i un estudi complert del comportament d'aquesta actuació estan detallats. El Capítol 5 descriu com definir estructures de polímer utilitzant l'ink-jet printing i la soft-lithography. Aquestes dues tècniques han estat emprades per evitar la contaminació creuada entre els dipòsits d'un, prèviament fabricat, xip de microfluídica. Aquest capítol és un clar exemple de la flexibilitat que ofereix la tecnologia de polímer. Les tècniques d'Scanning Probe Lithography (SPL), Litografia per Feix d'Electrons (EBL) i la litografia UV es poden combinar per imprimir en fines capes de polímers tal i com es descriu en el Capítol 6. En aquest capítol s'inclouen els detalls del mecanisme de modificació local del polímers fent servir el Microscopi de Forces Atòmiques (AFM). Finalment, aquesta Tesi acaba amb les conclusions que estan resumides en el Capítol 7. En ell es comenten els principals resultats de cada un dels processos de fabricació desenvolupats en aquesta memòria.