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

Memórias Flash

Física Quântica no IPod ?? IPod mini e IPod video IPod nano e IPod shuffle Gravação magnética em discos duros Tecnologia de memórias flash tipo NAND there are no moving parts making the iPod nano immune to skipping.

Memórias Flash Visão Geral: Memória Não-Volátil, i.e. não necessita de energia para manter a informação armazenada (contrariamente às DRAM) Tipo específico de EEPROM ( Electrically Erasable Programable Read-Only Memory) Armazena a informação num conjunto de TRANSÍSTORES de gate variável (floating-gate), aos quais se dá o nome de células 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 Baixo custo

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!

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

Métodos actuais de micro e nanofabricação Transístores Coração dos Computadores Métodos actuais de micro e nanofabricação 1.000.000 transístores por cm2 Tempos de comutação ~ 1 nanosegundo

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

Memórias Flash NAND Semelhante ao MOSFET mas com duas gates : floating gate e control gate Electrões chegam a FG por Efeito Túnel Alteração do potencial mínimo para abertura do canal de condução FG isolada a toda a volta, electrões ficam presos Durante a leitura da informaçao, uma tensao é aplicada a CG ; potencial limiar da celula - controlado pelo FG. Source Drain Floating Gate Oxide Layer Substrato Control Gate

Memórias Flash NAND A presença de cargas em FG, determina se o canal conduz ou não! Armazena bits 1 ou 0, conforme passa ou não passa corrente Dois estados distinguíveis Durante a leitura da informaçao, uma tensao é aplicada a CG ; potencial limiar da celula - controlado pelo FG. Source Drain Floating Gate Oxide Layer Substrato Control Gate

Pontos Quânticos

Espectro de energias quantificado Quantum Dots Pedro Jorge @ INESC-Porto Estrutura Semicondutora CdSe, GaAs Tipicamente dimensões ente 2 nm - 100nm dependendo do modos de fabrico Definido por Litografia Auto-organizados Confina o movimento dos electrões nas 3 direcções do espaço Ondas estacionárias E2 Espectro de energias quantificado E1

Quantum Dots Pedro Jorge @ 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 E2 E1 UV Visível Fluorescência Emissão de luz quando são excitados com radiação UV REF: Quantum Dot Corporation. www.qdots.com

Quantum Dots - Vantagens Pedro Jorge @ INESC-Porto Permitem a combinação com diferentes moléculas (funcionalização da superfície) QD Podem ser introduzidos no interior das células Grandes Pequenas Aplicação à detecção de células cancerígenas

Mais Aplicações Quantum Dots Computação Quântica Díodos laser Biosensores Quantum Dots Amplificadores LEDs Células Fotovoltáicas

Visualização de Nanoestruturas