Dall’IIT un’innovativa tecnica litografica a nanocristalli per la produzione di materiali versatili per l’industria elettronica.
Realizzare nuovi nanomateriali molto versatili per l’industria elettronica e telematica, che spesso non è possibile ottenere attraverso la sintesi chimica o altre tecnologie industriali: questa è una delle sfide della nanochimica ed uno dei risultati di rilievo ottenuti dai ricercatori del Dipartimento di Nanochimica dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova, che hanno lavorato alla realizzazione di film di nanocristalli processabili chimicamente e fisicamente per riprodurre circuiti elettrici, stampe, immagini luminose, fotosensori e microchip.
La ricerca, coordinata dai Proff. Liberato Manna e Roman Krahne del Dipartimento di Nanochimica dell’IIT, è stata pubblicata dalla prestigiosa rivista NANO LETTERS nell’articolo “Nanocrystal film patterning by inhibiting cation exchange via electron-beam or X-ray lithography”.
Lo studio propone un approccio innovativo per modificare chimicamente un film di nanocristalli e realizzare nuovi nanomateriali, attraverso un metodo simile al processo chimico che consente di “trasformare” una pellicola fotografica per lo sviluppo di un’immagine. La tecnica litografica sviluppata dai ricercatori dell’IIT consiste, dapprima, nel modificare fisicamente un film omogeneo e sottile di nanocristalli attraverso l’esposizione a un raggio di elettroni o raggi X, creando un’immagine non ancora rilevata (negativo). In seguito, questa viene messa in luce tramite l’immersione del film in un solvente chimico che modifica selettivamente solo i nanocristalli esposti agli elettroni, andando a riprodurre il disegno del negativo.
Tale processo consentirà così la creazione di nuovi nanomateriali di diversa applicazione: da un circuito elettrico stampato a un’immagine ad alta risoluzione con pixel definiti, una scheda con componenti ottici o elettronici come diodi, oppure fotosensori.
“La scoperta di questa nuova tecnica litografica è stata casuale e inaspettata” spiega il Prof Krahne. “Nel corso di uno studio delle proprietà elettriche e ottiche di film a nanocristalli, ci siamo accorti che le parti del film esaminate con il microscopio elettrico a scansione (esposte quindi al fascio di elettroni del microscopio stesso), risultavano bloccate, impressionate dal fascio e non più modificabili da reazioni successive. Rendendoci conto della potenzialità di questo nuovo metodo, abbiamo così proseguito nello sviluppo della nuova tecnica per impressionare i film di nanocristalli e produrre schede con proprietà elettriche o ottiche ben definite”.
I nanocristalli oggetto delle ricerche condotte dal gruppo dei Proff. Manna e Krahne sono cristalli di Cadmio e Selenio, disposti in maniera uniforme e omogena formando una pellicola di materiale sottile. I nanocristalli sono ricoperti e “mascherati” da uno strato di molecole organiche; sono proprio queste molecole a essere modificate dal fascio di elettroni, creando dei veri e propri scudi protettivi per i nanocristalli così alterati. Nel passaggio successivo, con l’immersione dello strato in un solvente ricco di ioni rame, si ottiene la modifica dei nanocristalli privi dello scudo protettivo attraverso uno scambio ionico (ionirame con ioni cadmio). Sul materiale si crea quindi uno schema chimico-fisico ben disegnato, con caratteristiche ottiche ed elettriche distinte, dovute all’alternanza di nanocristalli a composizione cadmio e selenio e nanocristalli a composizione rame e selenio.
“In futuro, sarà possibile cambiare sia la composizione dei nanocristalli che formano il film sia il bagno di ioni, per sviluppare lastre di nanomateriali con proprietà ottiche ed elettriche distinte, produrre circuiti integrati e microchip. utili all’industria elettronica e telematica”, aggiunge il Prof. Manna. “Inoltre, questi metodi di fabbricazione sono a basso costo e a basso impatto ambientale, se paragonati agli attuali metodi adottati dall’industria elettronica”.
(sa)
