Fabricação de NanoestruturasFabricação de Nanoestruturas

Antonio Carlos Seabra (USP) acseabra@lsi.usp.br

Luiz Sampaio (CBPF)sampaio@cbpf.br

Fabricação de NanoestruturasFabricação de Nanoestruturas

-Introdução à Nanociência (2 aulas)-Nanofabricação (3 aulas)

-Nanolitografia-Nanocorrosão-Nanodeposição

Nanociência:A ciência do extremamente pequeno

Escala dos objetos: escala atômica … 100 nm

nessas dimensões suas propriedades são diferentes !

Nanotecnologia:Usa essas novas propriedades para uso na industria (sensores, dispositivos, etc)

novas propriedades ???

- viscosidade muda radicalmente

(movimento Browniano)

- tensão superficial (superfície)

- nanopartículas em um meio aquoso

1mm

10 nm

peso

empuxo

(água ou óleo)

novas propriedades ???

- viscosidade muda radicalmente

(movimento Browniano)

- tensão superficial (superfície)

- nanopartículas em um meio aquoso

“nanorobots ou nanobots”

Robert A. Freitas,Senior Research Fellow, Institute for Molecular Manufacturing(http://www.nanomedicine.com/)

novas propriedades ???

- nanopartículas – relação superfície / volume

partículas de 30 nm -> 5% dos átomos estão na superfície 3 nm -> 50%

aumentar a reatividade química (catálise)

propriedades ópticas, magnéticas, térmicas…

novas propriedades ???

- efeitos quânticos

propriedades ópticas, elétricas, magnéticas,…

novas propriedades ???

- efeitos quânticos

propriedades ópticas, elétricas, magnéticas,…

novas propriedades ???

- efeitos quânticos

propriedades ópticas, elétricas, magnéticas,…

Imagem de um fio arrebentando (Ugarte, LNLS)

invenção do transistor (1947) e a miniaturização

Nanociência & Nanotecnologia

ENIAC (1946)

invenção do transistor (1947) e a miniaturização

Nanociência & Nanotecnologia

John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley (Bell Laboratories)

miniaturização – Lei de Moore

Nanociência & Nanotecnologia

a cada 18 meses a capacidade de processamento dos computadores dobra, sem alteração de custo

até quando ?

três gerações HD’s

em magnetismo…

2K bits/in2 (IBM, 1956) … 100 Giga bits/in2 (2005), 50 milhões de vezes em 50 anos !

futuro dos HD’s : carros, GPS, eletrônicos (iPod, leitor de DVD, HDTV) e eletrodomésticos, etc

Livro

6 m

9 m letras de 60nm

Feynman (1959): É minha intenção oferecer um prêmio de US$ 1.000 à primeira pessoa que conseguir colocar o conteúdo escrito de uma página em uma área 25.000 vezes menor, de forma que ela possa ser lida por um microscópio eletrônico de varredura

Mollenstaedt e Steigel, 1960

Livro

6 m

9 m letras de 60nm

Feynman (1959): É minha intenção oferecer um prêmio de US$ 1.000 à primeira pessoa que conseguir colocar o conteúdo escrito de uma página em uma área 25.000 vezes menor, de forma que ela possa ser lida por um microscópio eletrônico de varredura

o prêmio foi concedido

em 1987, quase 30 anos

depois!

Motivações para a P&D em N&NMotivações para a P&D em N&N

novas propriedades…novas propriedades…

miniaturização…miniaturização…

ImplicaçõesImplicações

consequências para o meio ambiente ?consequências para o meio ambiente ?

aplicações (medicina, etc)aplicações (medicina, etc)

consequências para a sociedade: possível distanciamento entre pobres e ricos (pessoas e consequências para a sociedade: possível distanciamento entre pobres e ricos (pessoas e países)países)

From J. Stohr, http://www-ssrl.slac.stanford.edu/stohr/index.htm

NomenclaturaNomenclatura

nanometro ou nanômetro ?nanometro ou nanômetro ?

nanômetro nanômetro (Aurélio) (Aurélio)

Resolução nº 12 de 1988 do Conselho Nacional de Metrologia

Certo Certo Errado Errado

quilograma; Kg quilograma; Kg quilo; Kquilo; K

1 micrometro 2 micrometros

1 microm2 microns

2 micra

NomenclaturaNomenclatura

pedaço de ferropedaço de ferro

pó…pó…

limalha de ferrolimalha de ferro

Como fabricar um nano-objeto ?

pó…pó…

limalha de ferrolimalha de ferro

Volume

Número departículas de volume V

% de milímetro

Como fabricar um nano-objeto ?

pó…pó…

limalha de ferrolimalha de ferro

Volume

Número departículas de volume V

% de milímetro~dezenas demicrons

Como fabricar um nano-objeto ?

pó…pó…

limalha de ferrolimalha de ferro

muitos idênticos muitos idênticos

um ou muitos comum ou muitos com

formas pré-definidasformas pré-definidas

outros processosoutros processos

são necessários…são necessários…

Como fabricar um nano-objeto ?

NanofabricaçãoNanofabricação

““Top-down”Top-down”(de cima para baixo)(de cima para baixo)

““Bottom-up”Bottom-up”(de baixo para cima)(de baixo para cima)

litografia litografia

ópticaóptica

litografia litografia

feixe de elétronsfeixe de elétrons

““Bottom-up”Bottom-up” (organização de “baixo” para “cima”)(organização de “baixo” para “cima”)

““Bottom-up”Bottom-up” (organização de “baixo” para “cima”)(organização de “baixo” para “cima”)

““Bottom-up”Bottom-up” (organização de “baixo” para “cima”)(organização de “baixo” para “cima”)

““Bottom-up”Bottom-up” (organização de “baixo” para “cima”)(organização de “baixo” para “cima”)

NanofabricaçãoNanofabricação

““Top-down”Top-down”(de cima para baixo)(de cima para baixo)

““Bottom-up”Bottom-up”(de baixo para cima)(de baixo para cima)

litografia litografia

ópticaóptica

litografia litografia

feixe de elétronsfeixe de elétrons

limitação na limitação na

forma dos objetosforma dos objetos

fabricadosfabricados

NanofabricaçãoNanofabricação

““Top-down”Top-down”(de cima para baixo)(de cima para baixo)

não há limitação, não há limitação,

tudo é possível (!)tudo é possível (!)

ache o “erro”…ache o “erro”…

DevelopingPositive Negative

Etching andStripping

Polymer Resist

Thin Film

Substrate

Resist Resist

ExposingRadiation

alguns processos de nanofabricação

alguns processos de nanofabricação

alguns processos de nanofabricação