Nanolitografía
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La Nanolitografía o Litografía se refiere a la fabricación de microestructuras con un tamaño de escala que ronda los nanómetros. Implica la existencia de patrones litografiados en los que, al menos, una de sus dimensiones longitudinales es del tamaño de átomos individuales y aproximadamente del orden de 10 nm.
La nanolitografía se usa durante la fabricación de circuitos integrados de semiconductores o sistemas nanoelectromecánicos, conocidos como Nanoelectromechanical Systems o NEMS.
La nanolitografía será un área de investigación muy activa tanto a nivel académico como a nivel industrial.
Sumario
- 1 Otras técnicas nanolitográficas
- 2 Fotolitografía
- 3 Litografía óptica
- 4 Longitud de onda
- 5 Nueva y veloz técnica para nanolitografía
- 6 Imágenes en la nanoescala, Nanolitografía y Biosensores Nanomecánicos
- 7 La línea de investigación se divide en tres sublíneas
- 8 Métodos
- 9 Microscopía de alta resolución
- 10 Nanolitografía y Nanofabricación
- 11 Fuentes
Otras técnicas nanolitográficas
- La más corriente de las técnicas nanolitográficas es la litografía de escritura directa por haces de electrones Electrón Beam Direct Write lithography o EBDW. En esta técnica, el uso de un haz de electrones imprime un patrón, usualmente sobre una resina de polímero que se opone tal como PMMA.
- Litografía del ultravioleta extremo Extreme Ultraviolet lithography o EUV es una variedad de litografía óptica que usa longitudes de onda muy corta, del orden de 13,5 nm. Es la que se denomina normalmente como técnica NGL
- Litografía por partículas cargadas, tales como litografías por iones o proyecciones de electrones PREVAIL, SCALPEL, LEEPL. Estas técnicas son capaces de producir patrones de muy alta resolución.
- Litografía de nanoimpresión (Nanoimprint Lithography o NIL) y sus variantes, tales como la litografía de impresión por pasos como LISA y LADI. Estas técnicas son tecnologías de replicación de patrones muy prometedoras. Pueden combinares con la impresión por contacto
- Litografía de escaneo por sonda Scanning Probe Lithographies o SPL parece ser una prometedora herramienta para la producción de patrones en la escala de los nanómetros. Por ejemplo, los átomos individuales se pueden manipular usando la punta de un microscopio de efecto túnel Scanning Tunneling Microscope o STM. La nanolitografía de descenso de sonda es la primera tecnología comercial de tipo SPL disponible basada en el microscopio de fuerza atómica.
- El desarrollo más evolucionado de la NGL continúa con la litografía de rayos X, que puede llegar a extenderse a resoluciones de 15 nm por el uso de una reducción de campo cercano.
Fotolitografía
La Fotolitografía o litografía óptica es un proceso empleado en la fabricación de dispositivos semiconductores. El proceso consiste en transferir un patrón desde una fotomáscara denominada retícula a la superficie de una oblea. El silicio, en forma cristalina, se procesa en la industrial en forma de obleas. Las obleas se emplean como substrato litográfico, no obstante existen otras opciones como el vidrio, zafiro, e incluso metales. La fotolitografía también denominada como microlitografía o nanolitografía trabaja de manera análoga a la litografía empleada tradicionalmente en los trabajos de impresión y comparte algunos principios fundamentales con los procesos fotográficos.
Litografía óptica
La litografía óptica, que ha sido la técnica predominante en el uso de patrones desde el comienzo de la era de los semiconductores, es capaz de producir patrones ligeramente por debajo de los 100 nm, usando longitudes de onda muy cortas unos 193 nm de manera usual. Este tipo de litografía requiere el uso de inmersión líquida y una multitud de mejoras en la tecnología de fotomáscara tecnología PSM además de corrección óptica por proximidad para llegar a detalles del orden de 32 nm. Existe un sentimiento general, entre los expertos, en el que se afirma que bajar a unos niveles de 30 nm mediante la litografía óptica, no será comercialmente viable. En este punto, esta técnica deberá ser reemplazada por una nueva generación de litografía.
Longitud de onda
La longitud de una onda es la distancia entre dos crestas consecutivas. Describe cuán larga es la onda. La distancia existente entre dos crestas o valles consecutivos es lo que llamamos longitud de onda. Las ondas de agua en el océano, las ondas de aire, y las ondas de radiación electromagnética tienen longitudes de ondas.
La letra griega "λ" lambda se utiliza para representar la longitud de onda en ecuaciones. La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia de la onda. Una longitud de onda larga corresponde a una frecuencia baja, mientras que una longitud de onda corta corresponde una frecuencia alta.
La longitud de ondas de las ondas de sonido, en el rango que los seres humanos pueden escuchar, oscilan entre menos de 2 cm una pulgada, hasta aproximadamente 17 metros 56 pies. Las ondas de radiación electromagnética que forman la luz visible tienen longitudes de onda entre 400 nanómetros luz morada y 700 nanómetros luz roja.
En el sistema internacional, la unidad de medida de la longitud de onda es el metro, al igual que cualquier otra distancia. Dado los órdenes de magnitud de este parámetro, por comodidad se suele recurrir a submúltiplos como el milímetro (mm), el micrómetro (μm) y el nanómetro (nm).
Nueva y veloz técnica para nanolitografía
Científicos del Instituto Tecnológico de Georgia, han sido capaces de grabar patrones con dimensiones tan pequeñas como 12 nanómetros, en una notable variedad de ambientes, utilizando una nueva técnica para nanolitografía, la que denominan nanolitografía termoquímica.
La característica principal de esta nueva técnica es su velocidad, la cual puede grabar a velocidades superiores a los milímetros por segundo, desplazando a la nanolitografía DPN ampliamente usada, que suele grabar a una velocidad de 0,0001 milímetros por segundo.
La investigación tiene posibles aplicaciones en campos que van desde la industria electrónica hasta la nanofluídica, pasando por la medicina.
Imágenes en la nanoescala, Nanolitografía y Biosensores Nanomecánicos
El desarrollo de instrumentos y metodologías para explorar y detectar las interacciones en la nanoescala son críticas para expandir nuestro conocimiento al nivel molecular y desarrollar dispositivos sensores ultrasensibles. El conocimiento científico actual se encuentra dirigido a tecnologías que tienen la capacidad de realizar imágenes, modificar, caracterizar, interconectar, procesar y fabricar dispositivos en la nanoescala basados en biomoléculas y materiales funcionales más generales. El aspecto tecnológico de esta actividad permitirá el desarrollo de nuevas tecnologías biosensoras que serán capaces de detectar enfermedades en estadio temprano con reducción en tiempo y coste.
Los sistemas nanomecánicos, debido a su extrema sensibilidad en la fuerza y en la masa, han contribuido enormemente al auge experimentado por la nanociencia y la nanotecnología, por ejemplo, los microscopios de barrido de sonda local han sido seleccionados como el segundo avance más relevante en ciencia de materiales (J. Wood, Materials Today 11, 40 (20007). Nosotros proponemos desarrollar herramientas basadas en el uso de conceptos nanomecánicos para explorar la nanoescala y detectar las interacciones biomoleculares. Contemplamos cuatro aspectos diferentes a la vez que complementarios: obtención de imágenes de alta resolución y, simultáneamente, mapas de propiedades superficiales, nanolitografía, transductores opto-magnéticos y sensores nanomecánicos.
La línea de investigación se divide en tres sublíneas
Las tres sublíneas tienen en común la utilización de conceptos nanomecánicos y el foco general en la detección y la medida de interacciones intermoleculares con biomoléculas de interés.
- La sublínea 1 está centrada en la adquisición de imágenes con alta resolución, así como de forma cuantitativa y en la nanolitografía.
- La sublínea 2 está dedicada al diseño y desarrollo de técnicas e instrumentos basados en ideas originales para métodos de sonda local y de transductores de reconocimiento molecular fundamentados en las propiedades hidrodinámicas de nanopartículas funcionalizadas.
- La tercera sublínea explota los sistemas nanomecánicos para la obtención de dispositivos ultrasensibles para la detección biomolecular.
Métodos
Métodos de Microscopía de Fuerzas
Alta resolución y Nanolitografía
- Instrumentos y técnicas de sonda local y dispositivos de reconocimiento molecular.
- Biosensores ultrasensibles basados en sistemas nanomecánicos.
Métodos de Microscopía de Fuerzas
Alta resolución y Nanolitografía
La integración de moléculas orgánicas y biológicas en dispositivos a escala nanométrica y la caracterización de sus propiedades eléctricas, mecánicas, químicas y morfológicas son uno de los retos actuales de la Nanociencia y la anotecnología. Aquí se propone una aproximación basada en la Microscopía de Fuerzas para desarrollar una metodología multifuncional que permita la caracterización y la fabricación de estructuras y dispositivos
(5-50 nm) en entornos tecnológicamente relevantes (aire o líquidos). Concretamente, se propone el desarrollo de una nueva metodología de microscopía de fuerzas para realizar el análisis composicional in situ de nanoestructuras basadas en interacciones nanomecánicas.
Esta herramienta debería ser compatible con la operación en aire o en líquidos y debería tener una resolución espacial de 1 nm y una sensibilidad en la fuerza de 1 pN. Así mismo se propone el desarrollo de métodos de nanofabricación y nanolitografía para la fabricación de dispositivos nanomecánicos y nanoelectrónicos. Las nanoestructuras fabricadas serán utilizadas como máscaras para el crecimiento de diferentes moléculas biológicas y orgánicas. También se propone investigar el uso de nanohilos de silicio como sensores eléctricos ultrasensibles para la detección directa de especies biológicas y químicas.
Microscopía de alta resolución
- Análisis cuantitativo de superficies a escala nanométrica con una resolución espacial de 1 nm y una sensibilidad en la fuerza de 1 pN.
- Implementar la sensibilidad de la espectroscopía de fuerzas.
- Visualización a alta resolución de procesos biomoleculares.
- Aproximación teórica multimodal para describir la operación del AFM.
Nanolitografía y Nanofabricación
- Nanolitografías de AFM. Implementar la fabricación de dispositivos en aire.
- Arquitecturas moleculares. Crecimiento estructurado de moléculas orgánicas y biológicas con resolución de 5 nm.
- Nuevos procesos inducidos por un campo eléctrico para activar moléculas muy estables.
- Sensores de nanohilos de silicio para detectar procesos de reconocimiento biomolecular.
