Scanning Electron-beam Nanofabrication for SEnsors

Descripción del proyecto

Detección de gases a escala nanométrica

La detección y la discriminación precisas de gases volátiles siguen planteando muchas dificultades, ya que los sistemas electrónicos de detección actuales no logran combinar una alta selectividad con la miniaturización y la integración de varios materiales sensores en un solo chip. En el proyecto SENSE, financiado con fondos europeos, se desarrollará una plataforma de nanofabricación por escritura directa basada en la deposición inducida por haz de electrones para mejorar la tecnología de nariz electrónica. La plataforma permitirá fabricar, con precisión nanométrica y en ubicaciones específicas, películas nanoporosas ricas en carbono y similares al grafeno sobre matrices de microelectrodos. De este modo, se podrán crear sensores de gases multicanal con propiedades adaptadas. El proceso combinará la fabricación controlada mediante haces de electrones, la automatización guiada por imágenes y el procesamiento «in situ», junto con técnicas avanzadas de caracterización destinadas a garantizar la reproducibilidad. Este enfoque permitirá obtener narices electrónicas compactas y selectivas para detectar compuestos orgánicos volátiles, con aplicaciones en catálisis, energía y fotónica.

Objetivo

SENSE: Scanning Electron-beam Nanofabrication for SEnsors tackles a major bottleneck in electronic noses (eNoses), which rely on arrays of partially selective gas sensors. Current devices remain bulky and limited by the inability to integrate multiple distinct sensing materials on a single chip. SENSE introduces a direct-write approach for fabricating multichannel gas sensors using electron beam induced deposition (EBID). EBID enables local decomposition of adsorbed precursors with nanometre precision, allowing site-specific growth of nanoporous carbon-rich and graphene-like films, either pristine or doped, directly onto microelectrode arrays.

The project will (i) demonstrate graphitisation of organic and organometallic precursors into carbon-rich nanostructures with tailored composition, (ii) achieve precise site-specific integration of gas-sensitive materials onto commercial platforms, (iii) develop beam control and image-guided automation to ensure reproducibility, (iv) design and test multichannel sensors with diverse material compositions, and (v) establish a reproducible fabrication workflow anchored in advanced characterisation.

The methodology combines SEM-based deposition with in situ gas injection, substrate heating, and multi-technique feedback (Raman, FTIR, AFM-IR, XPS, CPEM). This platform enables programmable libraries of functionalised graphene-family materials on a single chip, eliminating masks and transfer steps.

Expected impacts include miniaturised, low-cost eNoses with improved sensitivity and selectivity across volatile organic compounds, and transferable material recipes for catalysis, energy storage, and photonics. The fellowship will strengthen the researcher’s expertise in nanofabrication, automation, and advanced microscopy, supporting their independent career in nanoscale materials engineering.