Introdução
à Nanociência e à Nanotecnologia
Fernando Lázaro Freire Jr.
Departamento de Física
PUC-Rio
National Nanotechnology Initiative
Nanotecnologia e Nanociência: uma Revolução?
Appl. Phys. Lett. 84 (2004) 4869
. filamentos de 20 mm de comprimento de feixes de nanotubos
alinhados de parede simples e filmes de nanotubos de parede
dupla crescidos por CVD.
. colados aos eletrodos por uma cola de prata
. lâmpada: pressão de 10-7 torr
. T < 950o C: espectro de radiação de corpo negro
. T > 950o C: espectro de corpo negro + eletroluminescente
. 5000 x (7V, 2.3 A)
. 360 horas sem evaporação de carbono amorfo (SWNT)
The principles of physics, as far as I can see, do not speak
against the possibility of maneuvering things atom by atom. It
is not an attempt to violate any laws; it is something, in
principle, that can be done; but in practice, it has not been done
because we are too big.
Richard Feynman, 1959
“There´s Plenty of Room at the Bottom”
Eng. Sci. 23 (1960) 22
Coral Quântico
Surface state electrons on Cu(111) were confined to closed structures
defined by barriers built from Fe adatoms. The barriers were assembled by
individually positioning Fe adatoms using the tip of a low temperature scanning
tunneling microscope (STM).A circular corral of radius 7.1 nm was constructed
in this way out of 48 Fe adatoms.
Ferramentas:
- preparação de amostras:
- MBE (Molecular Beam Epitaxy)
- self-assembly
- caracterização:
- SPM (scanning probe microscopy)
- HREM (high resolution electron microscopy)
- litografia:
- por feixe de elétrons
- nano-imprint
- AFM (atomic force microscopy)
Nanotubo obtida por STM
Trabalhos indexados sobre nanotubos
- Introdução: Interdisciplinaridade e novas fronteiras
- Nanotubos de carbono.
- Microscopias de Ponta de Prova: fundamentos e aplicações
-AFM
-STM
-MEMS, NEMS e Nanotribologia.
Referências:
-Springer Handbook of Nanotechnology, B. Bhushan, editor,
Springer Verlag, 2004.
-Carbon Nanotubes: Synthesis, Structure, Properties and
Applications, M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, Ph. Avouris, editors,
Springer Verlag, 2002.
-Scanning Probe Microscopy, E. Meyer, H.J. Hug, R. Bennewitz,
Springer Verlag, 2004.
Duas abordagens diferentes:
Top-down : redução das dimensões dos dispositivos  miniaturização
Abordagem “física”
Bottom-up : montar estruturas a partir de moléculas  replicando a
Natureza
Abordagem “química”
Imagens de DNA obtidas por Microscopia de Força Atômica
1.5 m
155 nm
DNA:
Cadeia com 100 nucleotídeos = 4100 combinações diferentes
nucleotídeos
Ligações H:
A-T
e
G-C
bases
Proteínas:
Amino ácido
Polipeptídeos
Síntese química
C-N bonds
M.R. Ghadiri et al., Nature 366 (93) 324
Nanodispositivos
Infinion: dispositivos eletrônicos totalmente à base de
nanotubos
Nanomotores ?
MEMS (Micro Electro-Mechanics Systems)
A small gear built up at the Laboratorio
Nacional de Luz Sincroton
Mercado de microfabricação
CAD
SEM
Microtransformador
Microcapacitor
Dispositivos à base de silício
International Technology Roadmap for Semiconductors.
Semiconductor Industry Association, 1999, http://www.semichips.org
material foto-sensível
exposição do photoresist
Remoção do photoresist
irradiado
Remoção do óxido
Remoção do photoresist
“soft bake”
máscara
“hard bake”
Remoção de camadas (etching) :
- Úmido (químico): ácidos e reagentes , mais seletivo
- Seco (plasma): - ion milling
- high pressure plasma etching
- Reactive plasma etching
mais anisotrópico
Cola de substratos de Si
Cola direta: superfícies sãotratadas com HF são passivadas
por radicais hidroxil  atração van der Waals entre as duas
superfícies  ligações hidrogênio  tratamento térmico a
1200oC
Ligação anódica:
High-K dielectrics
Lei de Moore
Al2O3
NRP
HREM
MEIS
Revestimentos protetores para discos rigidos
Discos rígidos magnéticos: road map
http://www.almaden.ibm.com/st/projects/lubricants/
AFM
CNX films 50nm thick: RBS = 2.43  0.34 g/cm3