Microscopias de Nanomateriales

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Cervando Nicodemo Martínez Peinado

Juan Jose Castro Sarabia

Jesús Ricardo Sánchez Trujillo

Ricardo Rodríguez Salazar

Microscopias de Nanomateriales

NAN 8-1

Maestro. Elías Marcelo Tejeda Aguirre

06/03/2019

AFM Nanolitografía

1.Introducción (2)

La Nanolitografía consiste en un conjunto de métodos o técnicas para la elaborar síntesis de nanoestructuras. Nanolitografía no es un método en específico, es la clasificación que engloba a los procesos litográficos; entre los cuales se encuentran la fotolitografía, erosión química, estampados, Dip-Pen Nanolitografía, y Nanolitografía por haz de electrones, siendo esta última la protagonista del texto. Son métodos del tipo Top-Down, es decir, que un material se va reduciendo hasta alcanzar a la escala nanométrica.

Mientras que la Nanolitografía por haz de electrones, en inglés: Electron Beam Lithography (EBL) consiste en un haz bien enfocado de electrones, escaneando sobre la superficie de algún sustrato para grabar un patrón con escalas nanométricas.

        En contraste con varias técnicas nanolitográficas existentes como la Fotolitografía, litografía por nanoimpresión (NIL), litografía por sonda de barrido (SPL), fuerza atómica

Microscopía (AFM) nanolitografía, litografía ultravioleta extrema (EUVV) y rayos X Litografía.

2. Importancia del micro / nanopatrón.

        El patrón micro / nano (1)(2) es una de las técnicas de miniaturización para patrones, especialmente utilizada para la electrónica. Hoy en día se convierte en un estándar en ingeniería de biomateriales y para fundamentales.

        Investigación en biología celular mediante litografía blanda. Generalmente utiliza fotolitografía. Métodos, pero se han desarrollado muchas técnicas. La fabricación de lotes de las microestructuras requiere una tecnología de patrones de superficie de alto rendimiento y bajo costo. Por ejemplo, es importante diseñar nanodispositivos como nano-transistores y nanodiodos, nanointerruptores y puertas nanológicas, para diseñar computadoras a nanoescala con tera-escala capacidades.

        Todos los sistemas biológicos vivos funcionan debido a las interacciones moleculares de diferentes subsistemas Los bloques de construcción molecular (proteínas y ácidos nucleicos, lípidos y carbohidratos, el ADN y el ARN se pueden ver como una posible estrategia inspiradora sobre cómo diseñar un alto rendimiento NEMS y MEMS que poseen las propiedades y características necesarias.

        Además, se dispone de métodos analíticos y numéricos para analizar las geometrías dinámicas y tridimensionales, unión y otras características de los átomos y moléculas. Así, electromagnética y mecánicas, así como otras propiedades físicas y químicas pueden ser estudiadas.

        Las nanoestructuras y los nanosistemas se pueden usar ampliamente en medicina y salud. Entre posibles aplicaciones de la nanotecnología son: síntesis de fármacos y administración de fármacos (la terapéutica el potencial se verá enormemente mejorado debido a la administración efectiva directa de nuevos tipos de medicamentos a los sitios del cuerpo especificados), nanocirugía y nanoterapia, síntesis y diagnóstico del genoma, actuadores y sensores a nanoescala (diagnóstico y prevención de enfermedades), nanoartificiales no rechazables. Diseño e implantación de órganos, y diseño de nanomateriales de alto rendimiento.

        Es importante que estas tecnologías cambien drásticamente la fabricación y fabricación de materiales, dispositivos y sistemas a través de:

• Mayor grado de seguridad
• Competitividad ambiental.
• Mejora de la estabilidad y robustez.
• Mayor grado de eficiencia y capacidad, flexibilidad e integridad, capacidad de soporte y
• Asequibilidad, supervivencia y redundancia
• Propiedades predecibles de nano compuestos y materiales (por ejemplo, peso ligero y alto
• Resistencia, estabilidad térmica, bajo volumen y tamaño.

3.Los pasos que generalmente se siguen en un proceso litográfico son:

• Limpieza de la superficie del material.
• Depósito de la resina fotosensible sobre la superficie.
• Horneado del material para deshidratar la resina fotosensible y que ésta quede como una película sólida.
• Exposición de la película con el patrón deseado, usando luz ultravioleta.
• Removido de la película expuesta. Para realizar este paso, se usa una solución química apropiada llamada revelador.
• Tratamiento de la parte descubierta del sustrato, ya sea ataque del material, implantación de iones o añadir un nuevo material que queremos que solo quede depositado en las áreas descubiertas.
• Por último, se remueve la resina fotosensible que protegió el sustrato con otra solución química llamada eliminador.

4.Tipos de Nanolitografía:

Fotolitografía (óptica, UV o EUV) (4): Su nombre proviene de que se usan fuentes de luz para exponer la resina fotosensible. La fotolitografía óptica, UV y EUV, utilizan fuentes de luz visible, de luz ultravioleta y de luz ultravioleta extrema, respectivamente.

La fotolitografía es un método consistente en la transferencia de figuras o de algún grabado de una máscara a la superficie hacia una oblea de silicio (Puede ser cualquier otro metal; pero el silicio es un metal que funciona como muy buen semiconductor). Sin embargo, su objetivo principal es la creación de circuitos integrados aplicados en cualquier dispositivo electrónico. En la actualidad y con componentes electrónicos tan avanzados, la implementación de componentes electrónicos en nuestros dispositivos tecnológicos (electrónicos), y aumentar el avance de la tecnología, viene acompañado con la necesidad de desarrollar nuevas técnicas o formas de sintetizar y producir a gran escala estos complementos, una de estas técnicas es la fotolitografía capaz de crear figuras de silicio de un tamaño de 45 nm. [pic 2][pic 3]

Para la aplicación de este método es necesario, como materia primera una oblea de silicio, ya que aquí se plantarán las formas o dibujos que se desean hacer.

El silicio debe ser limpiado químicamente para eliminar cualquier impureza del material, posteriormente se aplica una capa de dióxido de silicio sometiendo a la oblea a una temperatura de 1000°C.

Una vez aplicada la capa de dióxido de silicio, se le aplica una capa de un fotorreceptor este proceso se hace mediante spin coating. El fotorreceptor se aplica uniformemente mientras la oblea de silicio está rotando, gracias a la fuerza centrífuga que ejerce.

Tipos de foto receptor

• Positivo; La capa aplicada a la oblea de silicio de fotoprotector positivo es expuesta a rayos ultravioleta (UV) en las zonas que se quiere que el material sea removido; la aplicación de la luz cambia la estructura del fotoprotector haciendo que este se vuelva más soluble en el líquido revelador. El protector expuesto, es luego sumergido a ácido nítrico que funciona como liquido revelador, retirando las partes afectadas por la luz de la oblea así dejando ventanas en esta.

• Negativo; El proceso que se lleva con el fotoprotector negativo es el opuesto al anterior. En este también el fotoprotector se le aplican rayos ultravioletas hace que el fotoprotector se polimerice y se haga más difícil de disolver en el líquido revelador, y de esta forma las partes sometidas a los rayos UV se quedan en la oblea y tras sumergirlo en el líquido revelador; las partes que no fueron sometidas a los rayos se retiran de la oblea.

A diferencia del fotoprotector negativo, el positivo ofrece mejores procesos de control sobre la forma de las pequeñas formas geométricas y actualmente es el más usado en los procesos de fabricación a gran escala.

Puntos clave de la fotolitografía (Figura 1)

• Horneado Suave: La foto protector aplicado tiene entre un 20% y un 40% de solvente, este solvente hace que la película aplicada sea inestable con respecto a la temperatura, y al evaporarse hace que la película de fotoprotector pierda uniformidad. Para solucionar este problema se hace un horneado (horneado suave) de tal forma que la evaporación del solvente sea controlada, logrando que la película sea más estable y sea más fina.

• Ajuste de la máscara: Antes de someter completamente la oblea de silicio a la luz es necesario la aplicación de una máscara que contiene la estructura o la forma que se le desea imprimir en la oblea.

• Exposición y revelado; Después del horneado suave, la resina fotosensible debe es expuesta a una luz intensa, esta exposición provoca un cambio químico en esta misma que permite que algunas zonas no expuestas a la luz puedan ser removidas por una solución especial llamada “Revelador”. Esto se realiza para generar los patrones previamente definidos en la oblea de silicio. Un aspecto importante a tener en cuenta cuando se realiza la exposición son los efectos producidos por los fenómenos de ondas permanentes causadas por los patrones de interferencia constructiva y destructiva de la luz incidente.

• Horneado Fuerte; Este horneado es después de hacer la revelación, el horneado se utiliza para endurecer la imagen, para que soporte las rigurosas condiciones de grabado sobre la oblea. Las temperaturas empleadas en el horno alcanzan los 120°C-150°C.

• Transferencia del patrón y desmonte; Después de que las pequeñas figuras o dibujos han sido impresos en el fotoprotector, estos deben ser transferidos a la oblea.

Litografía por rayos X (1): Utiliza rayos X para transferir un patrón geométrico de una máscara a una fotoprotección química sensible a la luz, o simplemente "resistir" sobre el sustrato. Una serie de tratamientos químicos graban el patrón producido en el material debajo de la fotoprotección.

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