La miniaturització ha impulsat la indústria microelectrònica durant més de 40 anys i ha revolucionat les tecnologies de la informació i la comunicació. Mantenir el progrés mitjançant la introducció de noves tecnologies és un repte important, ja que les extensions de la litografia UV podrien limitar la mida mínima de les estructures realitzables a costos acceptables. La Plataforma NIL de l'ICN2 i el grup P2N han desenvolupat una tècnica de nanofabricació innovadora per obtenir dominis sub-10 nm d'una manera d'alta productivitat. En concret, l'autoensamblatge directe de copolímers de bloc amb pel·lícules de polímer dissenyades químicament s'ha combinat amb un mètode de nanoimpressió per generar substrats ordenats topogràficament que permeten definir un alineament i una orientació precisos del patró. Aquesta metodologia de nanoestructuració s'ha desenvolupat per a la creació de patrons amb una mida de detall inferior a 10 nm sobre àrees grans (fins a 8"). S'han obtingut tant patrons de línies com de pilars. Aquests patrons s'han integrat en processos que permeten la transferència del patró a un substrat per crear matrius de nanoestructures de silici, coure i germani.

La Plataforma NIL de l'ICN2 ha desenvolupat, en estreta col·laboració amb el grup P2N, un mètode alternatiu per generar superfícies dinàmiques de forma lliure. La nova tècnica de microfabricació/nanofabricació s'ha emprat per generar estructures jeràrquiques de dos nivells amb micro i nanopatrons que presenten unes sorprenents propietats de repel·lència de l'aigua. En concret, les nostres superfícies mostren propietats superhidròfobes (>160o) i d'autolimpieza (CA10o), i mitjançant l'enginyeria de la topografia superficial es podrien controlar amb precisió les condicions de mullat, generant efectes dinàmics.

La Plataforma NIL de l'ICN2 investiga la formació de topografies a escala micro/nano en pel·lícules de polímers biodegradables amb dimensions comparables a les de les cèl·lules o les macromolècules biològiques. S'ha utilitzat la litografia per nanoimpressionat, un nou mètode de replicació de patrons en polímers, per a la producció d'estructures que van des de desenes de micròmetres, cobrint àrees de fins a 1 cm², fins a centenars de nanòmetres. Els patrons d'adhesió bacteriana d'alguns bacteris van posar de manifest que el biofilm amb nano-patrons podria reduir la propensió dels bacteris a adherir-se a la superfície, i s'ha demostrat una activitat bactericida superior contra les cèl·lules de Staphylococcus aureus.

La plataforma NIL de l'ICN2 ha desenvolupat un procés completament nou per optimitzar la recol·lecció de corrent de xarxes d'Ag fabricades mitjançant una combinació de tècniques de litografia per nanoimpressió i impressió per injecció de tinta. En particular, l'elèctrode d'ITO en una configuració de cèl·lula solar orgànica va ser substituït per una estructura de xarxa d'Ag embeguda al 90%. Aquesta tècnica viable, de baix cost i potencialment compatible amb R2R va demostrar una millora evident en el factor d'ompliment (FF > 60 %) del dispositiu de cèl·lula solar.

Els dispositius òptics de nova generació han de complir requisits específics, com ara un cost baix, dimensions reduïdes, estabilitat a llarg termini, un consum energètic baix i facilitat de fabricació. Durant els últims anys, diversos esforços de recerca s'han centrat a investigar mètodes físics per millorar l'eficiència externa dels LED orgànics. El grup P2N de l'ICN2 i la plataforma NIL han pioerat una metodologia per augmentar l'eficiència dels dispositius LED mitjançant la modificació de les característiques d'emissió espontània. En particular, la introducció d'una geometria de banda fotònica prohibida artificial en el material actiu del dispositiu LED genera les condicions per a la modificació de la taxa d'emissió espontània, augmentant-la fins a 3 vegades en comparació amb el material actiu sense estructura.

Els sistemes de metrologia dimensional no invasius, d'alta velocitat i en línia són un prerequisit per a les línies avançades de nanofabricació. La plataforma NIL de l'ICN2, en estreta col·laboració amb el grup P2N, ha desenvolupat una eina de mesura prototip òptica basada en la difractometria per dur a terme el control de qualitat en línia durant el procés de litografia per nanoimpressió de rotllo a rotllo. L'eina de metrologia mesura difractogrames en incidència normal i geometria de reflexió per obtenir informació ràpida i no invasiva sobre els defectes i les dimensions crítiques de les estructures replicades, amb una capacitat de resolució inferior a 50 nm.

El grup de Materials i dispositius electrònics avançats de l'ICN2 ha dedicat esforços a la caracterització elèctrica i electroquímica in vitro de transistors d'efecte de camp i elèctrodes basats en grafè. Per a això, fabriquen matrius de dispositius (80x80 microtransistors/elèctrodes de grafè) amb geometries diferents, com ara la relació amplada/longitud i diferents tipus de contacte, sobre substrats rígids com ara oblies de SiO₂ o Pyrex de 4 polzades. Han desenvolupat un sistema electrònic i programari propis que permeten la caracterització simultània d'aquests dispositius.

Les imatges que es mostren a continuació corresponen als dispositius flexibles per a l'avaluació preclínica in vivo desenvolupats pel grup de Materials i dispositius electrònics avançats de l'ICN2. La imatge mostra un disc de 4 polzades amb els sensors neuronals sobre un polímer flexible biocompatible, abans de la separació del substrat sacrificial rígid. Aquest tipus de sensors de grafè s'utilitzen en experiments in vivo col·locant la punta de la sonda sobre el còrtex d'un rosegador per mesurar l'activitat cerebral.

El grup de Materials i dispositius electrònics avançats de l'ICN2 fabrica implants neuronals amb diferents aplicacions fisiològiques. Alguns dels dispositius flexibles basats en grafè s'utilitzen per a registres corticals d'activitat neuronal (micro-electrocorticogrames (uECoG)). Altres dispositius estan dissenyats per ser inserits a l'escorça cerebral amb l'objectiu de mesurar l'activitat en els diferents nivells del còrtex. Altres són sondes per registrar i realitzar estimulació cerebral profunda.

El grup NanoBiosensors i aplicacions bioanalítiques de l'ICN2, en estreta col·laboració amb el grup Nanoestructures magnètiques, ha desenvolupat una nova metodologia de nanofabricació que permet generar matrius de nanoestructures d'alta relació d'aspecte amb gradients d'alçada en direccions arbitràries mitjançant un únic procés de gravat ràpid. Basant-se en el gravat químic assistit per metall amb una capa catalítica d'or perforada amb nanoforats, han demostrat com les matrius de nanoestructures amb gradients d'alçada direccionals es poden ajustar amb precisió mitjançant: (i) el control del transport de massa a través de la matriu de nanoforats, (ii) les propietats mecàniques de la capa metàl·lica perforada i (iii) l'acoblament conductiu amb la pel·lícula d'or circumdant per accelerar el procés de gravat electroquímic local. La tècnica proposada, que permet una variació de 20 vegades l'alçada de les nanoestructures en xip en un rang espacial de pocs micròmetres, ofereix una nova eina per a la creació de nous tipus de nanoassemblatges i metamaterials amb interessants aplicacions tecnològiques en àmbits com la nanofotònica, la nanofonònica, la microfluídica o la biomecànica. (Ref. M.A.Otte et al. Small 2015, 11, No.33, 4201-4208)

El grup PEN de l'ICN2 ha demostrat la detecció elèctrica de la precessió d'espín en vàlvules d'espín de grafè en suspensió lliure. Els dispositius es fabriquen amb un únic procés de resistència de feix d'electrons que minimitza els passos de fabricació i el nombre de productes químics (agressius) emprats. Les imatges de sota mostren imatges SEM d'un dispositiu FET de grafè en suspensió, usat per a estudis de transport d'espín (Ref. Neumann et al. Small 2013, 9, No. 1, 156–160).