LU CFI e-pastsLIMSCAMART2

Augšup-pārveidotās luminiscences izmantošana fotolitogrāfijā organiskajiem materiāliem savienojumā ar nanodaļiņas un fotorezista kompozītu

Projekta vadītājs: Dr. Phys. Jurģis Grūbe

Kopējais finansējums: 270 762 EUR

Izpildes termiņš (gadi): 2020-2022

LZP FLPP Nr. lzp-2019/1-0422

Aktīvu mikrostruktūru veidošana no fotorezista/hromofora sistēmām veicinātu rentablu iekārtu izstrādi. Diemžēl lielākā daļa organisko hromoforu gandrīz visu zilo gaismu, ko izmanto fotolitografijā, absorbē plānā slāņa virsmā un rezultātā nenotiek gaismas mijiedarbība ar slānī esošo fotorezistu. Šo problēmu var risināt, pievienojot fotoaktīvas nanodaļiņas, kam ir augšuppārveidotā luminiscence. Nanodaļiņas absorbē infrasarkano starojumu un izstaro zilo gaismu visā fotorezista slānī.

Galvenais projekta mērķis ir fotorezista/nanodaļiņu sistēmas izveide, kas būtu daļa no aktīvās vides organiskās fotoniskās iekārtās. Šāda pieeja rada jaunas perspektīvas organisku viļņvadu un cietvielu lāzeru izstrādē.

Projekta pirmā daļā saistīta ar fotoaktīvu nanodaļiņu sintēzi un tajā tiks risinās problēmas, kas saistītas ar daļiņu iejaukšanu fotorezistā. Otrā daļā fotorezists, kas satur nanodaļiņas, tiks apvienots ar organisku hromoforu.

Tiks pētīta šādas apvienotas sistēmas fotolitogrāfija. Projekta beigās mēs apvienosim zināšanas par nanodaļiņu izkliedēšanu fotorezistā un iespējām tās apvienot ar organiskiem hromoforiem. Projekta rezultāti dos augsta līmeņa zināšanas, kas noderēs organisku lāzeru izstrādē.

Jaunumi par projektu

30.12.2022.

  1. Turpinās darbs pie modificētās nanodaļiņu sintēzes metodes izpētes un izstrādes, kas potenciāli ļautu samazināt nanodaļiņu sintēzes izmaksas. Iegūtās nanodaļiņas uzrāda spektroskopiskās īpašības, kuras ir iespējams izmantot dažādiem pielietojumiem, tai skaitā augšup-pārveidotās luminiscences fotolitogrāfijai.
  2. Iegūtie rezultāti par sintēzi ļauj pabeigt un iesniegt publikāciju par šo tēmu.
  3. Turpinās darbi ar fotorezistā iemaisītu nanodaļiņu eksponēšanu un optimālu parametru noteikšana ierakstot struktūras izmantojot augšup-pārveidoto luminiscenci.
  4. Tiek gatavoti paraugi: nanodaļiņas, fotorezists, organiskie savienojums, un veikti fotolitogrāfijas ieraksti tajos. Iegūtās struktūras atbilst projekta vajadzībām, un notiek optimālu paraugu sagatavošanas un eksponēšanas parametru noteikšana.
  5. Ir pieņemta publikācija par augšu-pārveidotās luminiscences fotolitogrāfijas procesiem SU8 fotorezistā, kurā ir iemaisītas nanodaļiņas žurnālā Nano-Structures & Nano-Objects.
  6. Turpinās darbs pie fotolitogrāfijas eksperimentālās iekārtas.
  7. Tiek gatavotas un iesniegtas publikācijas par:
    1. Procesiem, kas norisinās SU8 un nanodaļiņu maisījumā veicot, augšup-pārveidotās luminiscences ierakstu, ļaujot samazināt pēcapstrādes procesu skaitu;
    2. Nanodaļiņu spektroskopiskajām īpašībām;
    3. Ierakstu veikšanu paraugos, kuri ir veidoti no SU8, nanodaļiņu un organisko savienojumu maisījuma.
  8. Notiek darbs pie projekta veiksmīgas noslēgšanas.

04.10.2022.

  1. Turpinās darbs pie modificētās nanodaļiņu sintēzes metodes izpētes un izstrādes, kas potenciāli ļautu samazināt nanodaļiņu sintēzes izmaksas. Iegūtās nanodaļiņas uzrāda piemērotas spektroskopiskās īpašības, bet ir problēmas ar fāžu tīrību paraugos, ko ir nepieciešams risināt.
  2. Iegūtie rezultāti ļauj turpināt darbu pie jaunas publikācijas gatavošanas par modificētu nanodaļiņu sintēzes metodi.
  3. Turpinās darbi ar fotorezistā iemaisītu nanodaļiņu eksponēšanu.
  4. Tiek gatavoti paraugi: nanodaļiņas, fotorezists, organiskie savienojums, un veikti fotolitogrāfijas ieraksti tajos. Iegūtās struktūras neatbilst projekta vajadzībām, tādēļ tiek turpināts darbs pie paraugu sagatavošanas un fotolitogrāfijas ierakstīšanas pilnveidošanas.
  5. Turpinās darbs pie fotolitogrāfijas eksperimentālās iekārtas uzlabošanas kā minēts iepriekšējos projekta pārskatos.
  6. Iesniegta publikācija žurnālam par augšu-pārveidotās luminiscences fotolitogrāfijas procesiem SU8 fotorezistā, kurā ir iemaisītas nanodaļiņas.
  7. Tiek gatavotas publikācijas par:
    1. Procesiem, kas norisinās SU8 un nanodaļiņu maisījumā veicot, augšup-pārveidotās luminiscences ierakstu, ļaujot samazināt pēcapstrādes procesu skaitu;
    2. Nanodaļiņu spektroskopiskajām īpašībām;
    3. Ierakstu veikšanu paraugos, kuri ir veidoti no SU8, nanodaļiņu un organisko savienojumu maisījuma.
  8. Projekta laikā iegūtie zinātniskie rezultāti tiek prezentēti vairākās starptautiskās zinātniskajās konferencēs:
    1. 2 referāti (1 studenta) konferencē Joint International Conference Functional Materials and Nanotechnologies and Nanotechnology and Innovation in the Baltic Sea Region (FM&NT – NIBS 2022), Riga, Latvia July 3 – July 6, 2022. Dalība klātienē.
    2. 1 referāts konferencē META 2022, the 12th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics, 19 - 22 July 2022, Torremolinos, Spain. Dalība klātienē.
    3. 1 referāts konferencē 13th International Conference Series on Laser-light and Interactions with Particles (LIP 2022), August 21-26th, 2022, Warsaw, Poland. Dalība klātienē.
    4. 1 referāts (students) konferencē ADVANCED MATERIALS AND TECHNOLOGIES, 22 – 26 August, 2022, Palanga, Lithuania. Dalība klātienē.
    5. 1 referāts konferencē 8th European Congress on Advanced Nanotechnology and Nanomaterials, November 14 - 15, 2022, Rome, Italy. Dalība klātienē.
    6. 1 referāts bija plānots konferencē The 7th International Workshop on Advanced Spectroscopy and Optical Materials (IWASOM), July 10 - July 15, 2022, Gdańsk Poland, bet referāta autors medicīnisku iemeslu dēļ nevarēja ierasties uzstāties.

04.07.2022.

Darbs turpinās COVID-19 pandēmijas ēnā, saskaroties ar dažādiem ierobežojumiem, kas ievieš savas korekcijas arī projekta realizācijas gaitā.

  1. Turpinās darbs pie modificētās nanodaļiņu sintēzes metodes izpētes un izstrādes, kas potenciāli ļautu samazināt nanodaļiņu sintēzes izmaksas. Pagaidām tiek iegūtas nanodaļiņas, kuru spektroskopiskās īpašības nav piemērotas projekta realizācijā
  2. Turpinās darbs pie jaunas publikācijas gatavošanas par modificētu nanodaļiņu sintēzes metodi.
  3. Turpinās darbi ar fotorezistā iemaisītu nanodaļiņu eksponēšanu. Paraugu izgatavošanas un eksponēšanas atkārtojamība ļaut tālāk attīstīt darbu pie struktūru ierakstīšanas.
  4. Tiek gatavoti paraugi: nanodaļiņas, fotorezists, organiskie savienojums, un veikti fotolitogrāfijas ieraksti tajos.
  5. Turpinās darbs pie fotolitogrāfijas eksperimentālās iekārtas uzlabošanas, veicot lāzerdiodes stara fokusēšanu ar prizmas un objektīva palīdzību. Ir iegūts safokusēts lāzerdiodes stars, kura izmēri ir ap 20 µm, kas ir pietiekami, lai sāktu izveidot dažāda veida organiskos viļņvadus. Papildus fotolitogrāfijas sistēmai tiek pievienots galdiņš, kuru ir iespējams kontrolēti precīzi pozicionēt 2 dimensijās, ļaujot veikt sarežģītāku struktūru ierakstīšanu.
  6. Turpinās darbs pie publikācijas gatavošanas par augšup-pārveidotās luminiscences fotolitogrāfiju
  7. Trīs studenti piedalās  18th International Young Scientist conference “Developments in Optics and Communications” 2022, 21-22 aprīlī 2022 Rīgā, Latvijā, iepazīstinot konferences dalībniekus ar projekta laikā iegūtajiem zinātniskajiem rezultātiem saistībā ar nanodaļiņu sintēzi un nanodaļiņu iejaukšanu SU8 fotorezistā un struktūru iegūšanu speciāli izveidotā fotolitogrāfijas ieraksta sistēmā laboratorijā. Konference norisinājās tiešsaistē.

04.04.2022.

Darbs turpinās COVID-19 pandēmijas ēnā, saskaroties ar dažādiem ierobežojumiem, kas ievieš savas korekcijas arī projekta realizācijas gaitā.

  1. Turpinās darbs pie modificētās nanodaļiņu sintēzes metodes izpētes un izstrādes, kas potenciāli ļautu samazināt nanodaļiņu sintēzes izmaksas.
  2. Turpinās darbs pie jaunas publikācijas gatavošanas par modificētu nanodaļiņu sintēzes metodi.
  3. Turpinās darbi ar fotorezistā iemaisītu nanodaļiņu eksponēšanu. Paraugu izgatavošanas un eksponēšanas atkārtojamība ļaut tālāk attīstīt darbu pie struktūru ierakstīšanas.
  4. Turpinās darbs pie fotolitogrāfijas eksperimentālās iekārtas uzlabošanas, veicot lāzerdiodes stara fokusēšanu ar prizmas un objektīva palīdzību. Papildus fotolitogrāfijas sistēmai tiek pievienots galdiņš, kuru ir iespējams kontrolēti precīzi pozicionēt 2 dimensijās, ļaujot veikt sarežģītāku struktūru ierakstīšanu.
  5. Turpinās darbs pie publikācijas gatavošanas par augšup-pārveidotās luminiscences fotolitogrāfiju
  6. Divi studenti uzstājas LU CIETVIELU FIZIKAS INSTITŪTA 38. ZINĀTNISKĀ KONFERENCE, 22-24 februārī 2022 Rīgā, Latvijā, iepazīstinot konferences dalībniekus ar projekta laikā iegūtajiem zinātniskajiem rezultātiem saistībā ar nanodaļiņu sintēzi un nanodaļiņu iejaukšanu SU8 fotorezistā un struktūru iegūšanu. Konference norisinājās tiešsaistē.

30.12.2021.

Darbs turpinās COVID-19 pandēmijas ēnā, saskaroties ar dažādiem ierobežojumiem, kas ievieš savas korekcijas arī projekta realizācijas gaitā.

  1. Turpinās darbs pie modificētās nanodaļiņu sintēzes metodes izpētes un izstrādes, kas potenciāli ļautu samazināt nanodaļiņu sintēzes izmaksas.
  2. Uzsākts darbs pie jaunas publikācijas gatavošanas par modificētu nanodaļiņu sintēzes metodi.
  3. Turpinās darbi ar fotorezistā iemaisītu nanodaļiņu eksponēšanu. Paraugu izgatavošanas un eksponēšanas atkārtojamība ļaut tālāk attīstīt darbu pie struktūru ierakstīšanas.
  4. Turpinās darbs pie fotolitogrāfijas eksperimentālās iekārtas uzlabošanas, veicot lāzerdiodes stara fokusēšanu ar prizmas un objektīva palīdzību. Papildus fotolitogrāfijas sistēmai tiek pievienots galdiņš, kuru ir iespējams kontrolēti precīzi pozicionēt 2 dimensijās, ļaujot veikt sarežģītāku struktūru ierakstīšanu.
  5. Turpinās darbs pie publikācijas gatavošanas par augšup-pārveidotās luminiscences fotolitogrāfiju.
  6. Projekta vadītājs Jurģis Grūbe uzstājās starptautiskā zinātniskajā konferencē 4th International Conference on Optics, Photonics and Lasers (OPAL' 2021), 13-15 oktobrī 2021 Korfu, Grieķijā

30.09.2021.

Darbs turpinās COVID-19 pandēmijas ēnā, saskaroties ar dažādiem ierobežojumiem, kas ievieš savas korekcijas arī projekta realizācijas gaitā.

  1. Turpinās darbs pie modificētās nanodaļiņu sintēzes metodes izpētes un izstrādes, kas potenciāli ļautu samazināt nanodaļiņu sintēzes izmaksas.
  2. Turpinās darbi ar fotorezistā iemaisītu nanodaļiņu eksponēšanu. Ir panākta paraugu izgatavošanas un eksponēšanas atkārtojamība. Eksponētās struktūras uzrāda biezumu jau mazāku par mikronu.
  3. Turpinās darbs pie fotolitogrāfijas eksperimentālās iekārtas uzlabošanas, veicot lāzerdiodes stara fokusēšanu ar prizmas un objektīva palīdzību. Ir izdevies lāzerdiodes starojumu safokusēt zem 50 µm, kas ļautu samazināt fotorezista eksponēšanas laiku un izveidot smalkākas eksponētās struktūras.
  4. Publicēts zinātniskais raksts: J. Grube, Up-Conversion Luminescence Processes in NaLaF4 Doped with Tm3+ and Yb3+ and Dependence on Tm3+ Concentration and Temperature, Applied Spectroscopy (2021), https://doi.org/10.1177/00037028211045424 , kas paskaidro, kā temperatūra ietekmē Tm3+ augšup-parveidotās luminiscences joslu intensitātes.

Uzsākts darbs pie jaunas publikācijas gatavošanas.

30.06.2021.

Darbs turpinās COVID-19 pandēmijas ēnā, saskaroties ar dažādiem ierobežojumiem, kas ievieš savas korekcijas arī projekta realizācijas gaitā.

  1. Turpinās darbs pie Core+Shell nanodaļiņu sintēzes. Core daļa sastāv no NaYF4:Yb3+,Tm3+ un Shell daļas NaYF4. Elektronu mikroskopijas mērījumi parāda, ka sintezētās Core+Shell nanodaļiņas ir ar izmēriem zem 100 nm. Sintezētajām nanodaļiņam tika novērta intensīva augšup-pārveidotā luminiscence UV spektra apgabalā.
  2. Darbojoties ar nanodaļiņu sintēzi, grupai radās idejas, kā varētu nanodaļiņu sintēzes metodi modificēt, kas potenciāli ļautu samazināt nanodaļiņu sintēzes izmaksas. Notiek darbs pie šīs metodes potenciāla izpētas.
  3. Turpinās darbi ar fotorezistā iemaisītu nanodaļiņu eksponēšanu. Ir panākta paraugu izgatavošanas un eksponēšanas atkārtošana. Eksponētās struktūras uzrāda biezumu jau mazāku par mikronu.
  4. Turpinās darbs pie fotolitogrāfijas eksperimentālās iekārtas uzlabošanas, veicot lāzerdiodes stara fokusēšanu ar prizmas un objektīva palīdzību. Ir izdevies lāzerdiodes starojumu safokusēt zem 50 µm, kas ļautu samazināt fotorezista eksponēšanas laiku un izveidot smalkākas eksponētās struktūras.

31.03.2021.

Darbs turpinās COVID-19 pandēmijas ēnā, saskaroties ar dažādiem ierobežojumiem, kas ievieš savas korekcijas arī projekta realizācijas gaitā.

  1. Sekmīgi sintezētas Core+Shell nanodaļiņas. Core daļa sastāv no NaYF4:Yb3+,Tm3+ un Shell daļas NaYF4. Elektronu mikroskopijas mērījumi parāda, ka sintezētās Core+Shell nanodaļiņas ir ar izmēriem zem 100 nm.
  2. Turpinās darbi ar fotorezistā iemaisītu nanodaļiņu eksponēšanu. Noteikti dažādu fotorezistu sagatavošanas, eksponēšanas un attīstīšanas parametru ietekme uz eksponēto struktūru īpašībām/stabilitāti.
  3. Turpinās darbs pie fotolitogrāfijas eksperimentālās iekārtas uzlabošanas, veicot lāzerdiodes stara fokusēšanu ar prizmas un objektīva palīdzību. Ir izdevies lāzerdiodes starojumu safokusēt zem 50 µm, kas ļautu samazināt fotorezista eksponēšanas laiku un izveidot smalkākas eksponētās struktūras.

30.12.2020.

Darbs turpinās COVID-19 pandēmijas ēnā, saskaroties ar dažādiem ierobežojumiem, kas ievieš savas korekcijas arī projekta realizācijas gaitā.

  1. Turpinās darbs pie nanodaļiņu sintēzes iekārtas uzlabošanas. Sākas darbs pie Core+Shell struktūras nanodaļiņu sintēzes. Nanodaļiņu apaudzēšana ar Shell struktūru, kas sastāv no, piemēram, neaktivēta NaYF4, ļauj uzlabot aktivētu (Core) nanodaļiņu spektroskopiskās īpašības.
  2. Tiek veikti vairāki eksperimenti ar fotorezistā iemaisītu nanodaļiņu eksponēšanu, lai noteiktu parametrus, kas ietekmē pašu ekspozīciju un tam sekojošu attīstīšanas procesu.
  3. Turpinās darbs pie fotolitogrāfijas eksperimentālās iekārtas uzlabošanas veicot lāzera stara fokusēšanu ar prizmas un objektīva palīdzību.

30.09.2020.

Darbs turpinās COVID-19 pandēmijas ēnā, saskaroties ar dažādiem ierobežojumiem, kas ievieš savas korekcijas arī projekta realizācijas gaitā.

  1. Turpinās darbs pie nanodaļiņu sintēzes iekārtas uzlabošanas. Sākas darbs pie Core+Shell struktūras nanodaļiņu sintēzes. Nanodaļiņu apaudzēšana ar Shell struktūru, kas sastāv no, piemēram, neaktivēta NaYF4, ļauj uzlabot aktivētu (Core) nanodaļiņu spektroskopiskās īpašības.
  2. Notiek darbs pie fotolitogrāfijas iekārtas pilnveidošanas. Plāns ir esošo sistēmu pilnveidot pievienojot klāt efektīvāku lāzerdiodes stara fokusēšanas sistēmu, lai būtu iespējams fokusēt lāzerdiodes staru mazākā punktā.

30.06.2020.

Darbs turpinās COVID-19 pandēmijas ēnā, saskaroties ar dažādiem ierobežojumiem, kas ievieš savas korekcijas arī projekta realizācijas gaitā.

  1. Turpinās darbs pie nanodaļiņu sintēzes iekārtas uzlabošanas. Tiek veiktas pirmās sintēzes. Iegūtie rezultāti ļaut veikt sintēzes iekārtas uzlabojumus, lai process noritētu veiksmīgāk un ar atkārtojamību.
  2. Veikta nanodaļiņu samaisīšana ar fotorezistu, izveidojot kompozīta materiālu. Šim kompozīta materiālam tiek veikta UC fotolitogrāfija pie dažādiem ekspozīcijas laikiem. Pēc attīstīšanas tika novērots, ka ir notikusi ekspozīcija un ir izveidojušās struktūras kompozīta materiālā. Iegūtās struktūras tiek analizētas (ģeometriskie izmēri) izmantojot optisko mikroskopu un Dektak profilometru.

31.03.2020.

  1. Tiek uzsākts darbs pie nanodaļiņu sintēzes iekārtas uzlabošanas. Tiek iepirktas un papildinātas ķimikālijas, kuras ir nepieciešams nanodaļiņu sintēzes sekmīgākai realizēšanai.
  2. Tiek veikti gaismas absorbcijas mērījumi dažādiem fotorezistiem (SU8, AZ1505 un citiem), lai noteiktu to absorbcijas joslu pozīcijas. Vēlāk tās tiks salīdzinātas ar sintezēto nanodaļiņu augšup-pārveidotās luminiscences spektriem.
  3. Tiek pārbaudīts, kā dažādi fotorezisti reaģē uz to kā tiek sajaukti kopā ar dažādiem šķīdinātājiem, kuros plānots ir uzglabāt sintezētas nanodaļiņas.
  4. Sākās COVID-19 pandēmija ar ierobežotām darba iespējām laboratorijās. Strādāšana notiek no mājām, analizējot zinātnisko literatūru.