Behind the orange-tinted windows: Quantum-Nano Fabrication and Characterization Facility
Snapshots of IQC
By Naomi Grosman
Walking into the Mike and Ophelia Lazaridis Quantum-Nano Centre atrium, it’s hard to miss the orange-tinted windows, behind which is the Quantum-Nano Fabrication and Characterization Facility (QNFCF). And, unless you happen to be involved in quantum or nanotechnology research and development, a visit inside is a rare occurrence.
The QNFCF was established by the Institute for Quantum Computing (IQC) in 2008 and spun out in 2018 to operate independently. It's a state-of-the-art research and commercialization facility where scientists and engineers build and test materials at nano scale, and centres around an 8,000 square foot cleanroom on the main floor of the Quantum-Nano Centre (QNC).
There, users work with machinery so sensitive and manufacture materials so small that special protective suits must be worn for people to enter. Air is forced out and new air is pumped every 20 to 90 seconds to reduce the number of particles in the facility. And the orange hue comes from a protective film on the glass and lighting inside, which is used to block ultraviolet light so not to disturb ultraviolet lithography manufacturing processes, which prints intricate patterns onto semiconductor materials.
QNFCF also operates facilities in the basement of QNC and in two other buildings, Research Advancement Centre 1 and 2. Nathan Fitzpatrick, director of QNFCF, says the facility is not just a fabrication centre or factory to produce commercial products en masse. It’s where new types of products and processes that advance science are made.
"It’s a place for people to build prototypes for new ways of computing, sensing and devices. It's not about what you can make now, it’s to prove concepts for new, improved materials, components and devices."
- Nathan Fitzpatrick, director of QNFCF
Access to QNFCF goes beyond helping push the boundaries of scientific discovery. The space also serves as a training platform for the quantum workforce, attracting specialized talent to Waterloo Region.
About 30 per cent of QNFCF’s users are IQC members, the rest are from industry and other academic institutions. In the last calendar year, 220 individuals actively used the space, which is open to community members, commercial partners and startups for a fee.
Due to the quality of QNFCF and efficiency of its operations, a number of companies access the facilities despite having main operations elsewhere across Canada. And while working out of QNFCF, some startups received initial funding and built prototypes.
Overall, access to the QNFCF can result in massive cost savings for commercial research and development as the cost of management and upkeep of spaces like this accumulates fast, during the initial stages of a startup and over years of research and development.
A group of experts manage QNFCF, enabling one-on-one training for facility users. Fitzpatrick says for quantum-specific characterization and fabrication, QNFCF is the best in Canada, both in terms of equipment and training.
"Every user gets personalized training and documentation making QNFCF an accessible, one stop shop. The space is an enabler of experimental research and a unique shared resource."
- Nathan Fitzpatrick, director of QNFCF
De l’autre côté des vitres orangées : l’Installation de fabrication et caractérisation nanométriques quantiques
En entrant dans l’atrium du Mike and Ophelia Lazaridis Quantum-Nano Centre (QNC), on peut difficilement ignorer les vitres orangées qui protègent l’Installation de fabrication et de caractérisation quantiques nanométriques (QNFCF). Cependant, à moins de travailler en recherche et développement dans le domaine de la quantique ou des nanotechnologies, les visiteurs qui passent de l’autre côté sont rares.
La QNFCF a été mise sur pied par l’Institut d’informatique quantique (IQC) en 2008. Elle en a été détachée en 2018 et est depuis indépendante. Occupant une salle blanche de presque 750 m2 au rez-de-chaussée du QNC, cette installation de recherche et de commercialisation de pointe accueille scientifiques et ingénieurs qui construisent et testent des matériaux à l’échelle nanométrique.
Les utilisateurs de l’installation travaillent avec des machines si sensibles et fabriquent du matériel si petit qu’ils doivent enfiler une combinaison de protection spéciale avant d’entrer. L’air est renouvelé toutes les 20 à 90 secondes, afin de réduire la quantité de particules dans la salle. La teinte orange des vitres est due à un film protecteur et à l’éclairage intérieur : ce dernier bloque la lumière ultraviolette et l’empêche d’entraver les procédés de fabrication de lithographie par rayonnement ultraviolet, qui impriment des motifs complexes sur des matériaux semiconducteurs.
La QNFCF exploite également des installations dans le sous-sol du QNC et dans les bâtiments 1 et 2 du Centre d’avancement de la recherche.
Selon Nathan Fitzpatrick, directeur de la QNFCF, l’installation est bien plus qu’un centre de fabrication ou une usine d’où sortent des marchandises en masse : elle est le berceau de nouvelles sortes de produits et de procédés qui font progresser la science.
« Ici, on construit des prototypes qui réinventent les méthodes de calcul, de détection et de conception d’appareils, souligne M. Fitzpatrick. L’important n’est pas ce qu’on fabrique, mais les concepts qu’on teste en vue d’améliorer les matériaux, composants et appareils. »
-Nathan Fitzpatrick, directeur de la QNFCF
La QNFCF n’a pas seulement vocation à repousser les limites des découvertes scientifiques; elle sert également de plateforme de formation pour les travailleurs du domaine de la quantique et attire des talents spécialisés dans la région de Waterloo.
Environ 30 % des utilisateurs sont des membres de l’IQC, et le reste vient du secteur privé et d’établissements universitaires. Au cours de la dernière année civile, 220 personnes ont utilisé l’espace, qui est ouvert aux membres de la communauté, aux partenaires commerciaux et aux jeunes entreprises, moyennant une contribution financière.
En raison de son envergure et de l’efficacité de sa gestion, plusieurs entreprises utilisent la QNFCF même si leurs activités principales se déroulent ailleurs au Canada. Certaines jeunes entreprises reçoivent même un financement initial pour construire des prototypes.
Dans l’ensemble, la QNFCF permet des économies considérables en matière de recherche et développement commercial. En effet, les coûts de gestion et d’entretien d’un tel espace grimpent rapidement pour les entreprises, en début d’activité et au fil des années de recherche et développement.
La QNFCF est gérée par un groupe d’experts qui offre des formations individuelles aux utilisateurs.
M. Fitzpatrick affirme que l’Installation de fabrication et de caractérisation nanométriques quantiques n’a pas sa pareille au Canada, sur le plan tant des équipements que de la formation.
« Chaque utilisateur reçoit une formation et des documents personnalisés, qui visent à faire de la QNCFC un établissement accessible et multiservice. Cet espace est une ressource commune unique qui favorise la recherche expérimentale. »
-Nathan Fitzpatrick, directeur de la QNFCF