La reducción de escala ha impulsado la industria microelectrónica durante más de 40 años y ha revolucionado las tecnologías de la información y la comunicación. Mantener el progreso mediante la introducción de nuevas tecnologías supone un reto importante, ya que las extensiones de la litografía UV podrían limitar el tamaño de elemento realizable a un coste aceptable. La Plataforma NIL de ICN2 y el grupo P2N han desarrollado una novedosa técnica de nanofabricación para obtener dominios de menos de 10 nm de manera eficiente y con alta productividad. En concreto, el autoensamblaje directo de copolímeros de bloque con películas poliméricas de diseño químico se ha combinado con un método de nanoimpresión para generar sustratos ordenados topográficamente que permiten definir una alineación y orientación precisas del patrón. Esta metodología de nanopatterning se ha desarrollado para la creación de patrones con tamaño de elemento inferior a 10 nm sobre grandes áreas (de hasta 8"). Se han realizado tanto patrones de líneas como de pilares. Estos patrones se integraron en procesos que permiten la transferencia del patrón a un sustrato para crear matrices de nanoestructuras de silicio, cobre y germanio.

ICN2 NIL Platform ha desarrollado un método alternativo para generar superficies dinámicas de forma libre, en estrecha colaboración con el grupo P2N. La novedosa técnica de microfabricación y nanofabricación se ha utilizado para generar estructuras jerárquicas con patrones a dos niveles, micro y nano, con extraordinarias propiedades de repelencia al agua. En particular, nuestras superficies presentan propiedades superhidrofóbicas (>160°) y autolimpiantes (CA10°); mediante la ingeniería de la topografía superficial, se podrían controlar con precisión las condiciones de mojado, logrando efectos dinámicos.

La Plataforma NIL de ICN2 investiga la formación de micro/nano topografías en películas de polímeros biodegradables con dimensiones comparables a las de células o macromoléculas biológicas. La litografía por nanoimpronta, un método novedoso de replicación de patrones en polímeros, se ha empleado para producir estructuras que van desde decenas de micrómetros, cubriendo áreas de hasta 1 cm2, hasta cientos de nanómetros. Los patrones de adhesión bacteriana de algunas bacterias pusieron de manifiesto que la biopelícula nanoestructurada puede reducir la tendencia de las bacterias a adherirse a la superficie, habiéndose demostrado una mayor actividad bactericida frente a las células de Staphylococcus aureus.

La plataforma NIL de ICN2 ha desarrollado un proceso completamente nuevo para optimizar la recogida de corriente en redes de Ag fabricadas mediante una combinación de técnicas de litografía por nanoimpronta e impresión por inyección de tinta. En concreto, el electrodo de ITO en una configuración de célula solar orgánica fue sustituido por una estructura de red de Ag embebida al 90 %. Esta técnica viable, de bajo coste y potencialmente compatible con R2R demostró una mejora evidente en el factor de llenado (FF > 60 %) del dispositivo de célula solar.

Los dispositivos ópticos de próxima generación deben cumplir requisitos específicos como bajo coste, dimensiones reducidas, estabilidad a largo plazo, bajo consumo energético y capacidad de fabricación. En los últimos años se han realizado varios esfuerzos de investigación para estudiar métodos físicos que mejoren la eficiencia externa de los LED orgánicos. El grupo P2N de ICN2 y la Plataforma NIL han sido pioneros en una metodología para aumentar la eficiencia de los dispositivos LED mediante la modificación de las características de emisión espontánea. En particular, la introducción de una geometría de banda fotónica prohibida artificial en el material activo del dispositivo LED genera las condiciones para la modificación de la tasa de emisión espontánea, incrementándola hasta 3 veces en comparación con el material activo sin estructurar.

Los sistemas de metrología dimensional no invasivos, de alta velocidad y en línea son un requisito previo para las líneas avanzadas de nanofabricación. La plataforma NIL de ICN2, en estrecha colaboración con el grupo P2N, ha desarrollado una herramienta de medición óptica prototipo basada en difractometría para llevar a cabo el control de calidad en línea durante el proceso de litografía por nanoimpronta de rodillo a rodillo. La herramienta de metrología mide difractogramas en incidencia normal y geometría de reflexión para obtener información rápida y no invasiva sobre los defectos y las dimensiones críticas de las estructuras replicadas, con una capacidad de resolución inferior a 50 nm.

El grupo Materiales y dispositivos electrónicos avanzados de ICN2 ha dedicado esfuerzos a la caracterización eléctrica y electroquímica in vitro de transistores de efecto de campo y electrodos basados en grafeno. Para ello, fabrican matrices de dispositivos (80×80 microtransistores/electrodos de grafeno) con diferentes geometrías, como la relación anchura/longitud, y distintos tipos de contacto sobre sustratos rígidos como obleas de SiO2 o Pyrex de 4 pulgadas. Han desarrollado un sistema electrónico y un software propios que permiten la caracterización simultánea de dichos dispositivos.

Las imágenes a continuación muestran los dispositivos flexibles para evaluación preclínica in vivo desarrollados por el grupo Materiales y dispositivos electrónicos avanzados de ICN2. La imagen muestra un oblea de 4 pulgadas con los sensores neurales sobre un polímero flexible biocompatible antes del despegue del sustrato rígido de sacrificio. Este tipo de sensores de grafeno se emplea en experimentos in vivo colocando la punta de la sonda sobre el córtex de un roedor para medir la actividad cerebral.

El grupo Materiales y dispositivos electrónicos avanzados de ICN2 fabrica implantes neurales con diferentes aplicaciones fisiológicas. Algunos de los dispositivos flexibles basados en grafeno se utilizan para registros corticales de actividad neural (microelectrocorticogramas (uECoG)). Otros dispositivos están diseñados para insertarse en la corteza con el fin de medir la actividad en los diferentes niveles de esta. Algunos más son sondas para registrar y realizar estimulación cerebral profunda.

El grupo de Nanobiosensores y aplicaciones bioanalíticas (NB2A) de ICN2, en estrecha colaboración con el grupo de Nanoestructuras magnéticas (MN), ha desarrollado una nueva metodología de nanofabricación que permite generar matrices de nanoestructuras de alta relación de aspecto con gradientes de altura en direcciones arbitrarias mediante un único y rápido proceso de ataque químico. Basándose en el ataque químico asistido por metal mediante una capa catalítica de oro perforada con nanoporos, han demostrado cómo las matrices de nanoestructuras con gradientes de altura direccionales pueden ajustarse con precisión mediante: (i) el control del transporte de masa a través de la matriz de nanoporos, (ii) las propiedades mecánicas de la capa metálica perforada, y (iii) el acoplamiento conductivo con la película de oro circundante para acelerar el proceso de ataque electroquímico local. La técnica propuesta, que permite una variación en chip de 20 veces en la altura de la nanoestructura en un rango espacial de unos pocos micrómetros, ofrece una nueva herramienta para la creación de nuevos tipos de nanoensamblajes y metamateriales con interesantes aplicaciones tecnológicas en campos como la nanofotónica, la nanofonónica, la microfluídica o la biomecánica. (Ref. M.A. Otte et al. Small 2015, 11, n.º 33, 4201-4208)

El grupo PEN de ICN2 ha demostrado la detección eléctrica de la precesión de espín en válvulas de espín de grafeno en suspensión libre. Los dispositivos se fabrican mediante un proceso de resina para haz de electrones de una sola capa que minimiza los pasos de fabricación y el número de productos químicos (agresivos) utilizados. Las imágenes a continuación muestran imágenes SEM de un dispositivo FET de grafeno en suspensión, utilizado para estudios de transporte de espín (Ref. Neumann et al. Small 2013, 9, No. 1, 156–160).