CO ROBIMY?

TECHNOLOGIE

Projektowanie i wytwarzanie struktur czujnikowcyh, osadzanie nanowarstw, pomiary parametrów materiałowych i funkcjonalnych.
czujniki | nanowarstwy | charakteryzacja | symulacje

Czujniki

Bazując na dostępnej w naszych laboratoriach zaawansowanej aparaturze oraz wieloletnim doświadczeniu technologiczno-pomiarowym wytwarzamy czujniki optyczne stanowiące bardzo różnorodną grupę struktur transmisyjnych i odbiciowych. W naszych pracach wykorzystujemy m.in. technologie cienkowarstwowe, ablację laserową (nano- i femtosekundową), spawanie szkła w łuku elektrycznym, mechaniczne techniki modyfikacji powierzchni, oraz nanostrukturyzację (nanoimprinting).

W większości przypadków bazę czujnika stanowią włókna światłowodowe, a wytwarzane czujniki dedykowane są wykrywaniu związków chemicznych lub struktur biologicznych. Realizowane w ramach naszych prac modyfikacje technologiczne włókna światłowodowego mają na celu umożliwienie interakcje propagującej się we włóknie fali elektromagnetycznej z badaną substancją. W wyniku tych interakcji w kontrolowany sposób zmieniają się warunki propagacji fali wewnątrz włókna, co znajduje swoje odzwierciedlenie w zmianach transmitowanego lub odbitego widma optycznego. Równoczesna analiza widma pozwala w czasie rzeczywistym na obserwacje zachodzących zmian w badanym analicie lub po funkcjonalizacji powierzchni czujnika na bezznacznikowe wykrywanie określonych struktur biologicznych.

Do badanych przez nas czujników światłowodowych należą między innymi struktury oparte na efekcie rezonansu modów tłumionych (ang. lossy mode resonance – LMR), rezonansie plazmonów powierzchniowych (ang. surface plasmon resnance – SPR), mikrointerferometry Macha-Zendera, mikrointerferometry Febry-Perot czy siatki dyfrakcyjne, w tym długookresowe.

Nanowarstwy

W ramach naszych prac struktura światłowodu jest najczęściej modyfikowana poprzez naniesienie w sposób wysoce kontrolowany na powierzchnie światłowodu cienkiej warstwy materiału (od kilku do kilkuset nanometrów). Obecność warstwy pozwala na uzyskanie określonego efektu optycznego (najczęściej rezonansowego) oraz optymalizację czułości. W naszych laboratoriach cienkie warstwy uzyskiwane są metodami rozpylania magnetronowego (ang. magnetron sputtering), chemicznego osadzania z fazy lotnej wspomaganego plazmą (ang. plasma enhanced chemical vapor deposition – PECVD) oraz osadzania warstw atomowych (ang. atomic layer deposition – ALD). Do wytwarzanych przez nas cienkich warstw należą między innymi materiały węglowe, związki tytanu, aluminium, hafnu, cyny, indu, tantalu, cyrkonu, cynku i krzemu . Osadzamy metale, dielektryki i półprzewodniki, także w postaci układów wielowarstwowych o wysoce kontrolowanej strukturze. Metale i półprzewodniki poza uzyskaniem oddziaływań optycznych pozwalają też na integrację w ramach jednego czujnika także pomiarów elektrycznych i elektrochemicznych.

Charakteryzacja

Weryfikacja właściwości optycznych oraz grubości osadzonych nanowarstw jest zadaniem kluczowym, gdyż najczęściej to właśnie te parametry decydują o funkcjonalności czujników optycznych. Nanowarstwy charakteryzujemy z wykorzystaniem metod elipsometrii spektroskopowej lub profilometrii kontaktowej. Dodatkowo obserwacja wizualna wytworzonych struktur bezpośrednio na światłowodzie jest możliwa przy użyciu mikroskopu konfokalnego lub skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM).

Wstępna charakteryzacja jak i kalibracja powstałych czujników celem dalszych zastosowań biosensorycznych odbywa się z wykorzystaniem szerokopasmowych źródeł światła (m. in. superkontinuum) oraz spektrometrów i szerokopasmowych analizatorów widma. W dedykowanym pomiarom torach optycznych i układach czujnikowych oprócz światłowodów stosujemy również szereg innych elementów jak filtry, kolimatory, polaryzatory itp.

Symulacje

Powstające w naszych laboratoriach czujniki światłowodowe stanowią nowatorskie rozwiązania, niedostępne na rynku komercyjnym. Jednym z wyzwań jest stworzenie modeli numerycznych opisujących zachowanie fal elektromagnetycznych w niekonwencjonalnych strukturach światłowodowych. Uzyskane w trakcie charakteryzacji wyniki eksperymentalne wykorzystujemy do tworzenia i rozwijania modeli numerycznych, na podstawie których możemy optymalizować parametry wytwarzanych struktur, ale też prognozować odpowiedź czujników w różnych warunkach.