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Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Mecânica Quântica e Nanotecnologia.

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1 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Mecânica Quântica e Nanotecnologia

2 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Resumo APLICAÇÕES (NANO)TECNOLÓGICAS Discos de gravação Magnética Sensores Magnetoresistivos Cabeças de leitura Válvulas de spin Junções de Efeito Túnel BioSensores Memórias Flash Quantum Dots VISUALIZAÇÃO DE NANOESTRUTURAS Microscopio Electrónico de Transmissão Microscópio Electrónico de Varrimento Microscópio de Efeito Túnel Microscópiso de Força Atómica, Magnética e Electrostática

3 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Memórias Flash

4 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Física Quântica no IPod ?? IPod mini e IPod video Gravação magnética em discos duros IPod nano e IPod shuffle Tecnologia de memórias flash tipo NAND

5 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Memórias Flash Tipo específico de EEPROM ( Electrically Erasable Programable Read-Only Memory) Memória Não-Volátil, i.e. não necessita de energia para manter a informação armazenada (contrariamente às DRAM) Tempo de acesso para leitura de dados é rápido (mas não tão rápido como as DRAM) Elevada resitência ao choque, pois não pussuí partes móveis Visão Geral: Baixo custo Armazena a informação num conjunto de TRANSÍSTORES de gate variável (floating-gate), aos quais se dá o nome de células

6 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Transístores Primeiro transístor construído em 1947 por Shockley, Bardeen e Bratain da Bell Labs Ganharam prémio Nobel em 1956 Considerado (por muitos…) a maior invenção do século XX!

7 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Transístores Dispositivo com três terminais Source, Drain e Gate Possibilidade de controlar a corrente ou tensão entre dois dos seus terminais Apartir da aplicação de uma corrente ou tensão ao restante terminal Utilizam materiais SEMICONDUTORES Condutividade eléctrica situa-se entre a de um CONDUTOR e um ISOLADOR A transição entre um e outro estado pode ser controlada externamente

8 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Transístores Coração dos Computadores Métodos actuais de micro e nanofabricação transístores por cm2 Tempos de comutação ~ 1 nanosegundo

9 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Memórias Flash – Elemento Base metal-oxide-semiconductor field-effect transistor Principal constituinte MOSFET Source Drain Gate Oxide Layer Source e drain são regiões dopadas ( n ou p) e o substrato tem dopagem contrária Substrato Aplica-se uma tensão na gate Acumulam-se cargas entre a Source e o Drain Origina um canal de condução

10 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Source Drain Floating Gate Oxide Layer Substrato Control Gate Semelhante ao MOSFET mas com duas gates : floating gate e control gate FG isolada a toda a volta, electrões ficam presos Memórias Flash NAND Electrões chegam a FG por Efeito Túnel Alteração do potencial mínimo para abertura do canal de condução

11 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Source Drain Floating Gate Oxide Layer Substrato Control Gate Memórias Flash NAND Armazena bits 1 ou 0, conforme passa ou não passa corrente A presença de cargas em FG, determina se o canal conduz ou não! Dois estados distinguíveis

12 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Pontos Quânticos

13 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Quantum Dots Pedro INESC-Porto Estrutura Semicondutora Confina o movimento dos electrões nas 3 direcções do espaço Espectro de energias quantificado Tipicamente dimensões ente 2 nm - 100nm dependendo do modos de fabrico Definido por Litografia Auto-organizados Ondas estacionárias E1 E2 CdSe, GaAs

14 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Quantum Dots Pedro INESC-Porto Confinamento 3D está na origem de novos fenómenos fisicos Novas aplicações: óptica, medicina, armazenamento de informação Propriedades Ópticas são determinadas pelo tamanho do QD Fluorescência Emissão de luz quando são excitados com radiação UV UV Visível E2 E1 REF: Quantum Dot Corporation.

15 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Quantum Dots - Vantagens QD Permitem a combinação com diferentes moléculas (funcionalização da superfície) Podem ser introduzidos no interior das células GrandesPequenas Aplicação à detecção de células cancerígenas Pedro INESC-Porto

16 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Mais Aplicações Díodos laser Biosensores Computação Quântica Amplificadores Células Fotovoltáicas LEDs Quantum Dots

17 Escola de Física3-5 Setembro 2007 Mecânica Quântica e Nanotecnologia Visualização de Nanoestruturas


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