Antonio Carlos Seabra (USP) acseabra@lsi.usp.br Fabricação de Nanoestruturas Antonio Carlos Seabra (USP) acseabra@lsi.usp.br Luiz Sampaio (CBPF) sampaio@cbpf.br

Fabricação de Nanoestruturas Introdução à Nanociência (2 aulas) Nanofabricação (3 aulas) Nanolitografia Nanocorrosão Nanodeposição

Nanociência: Nanotecnologia: 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 ??? - nanopartículas em um meio aquoso 10 nm - viscosidade muda radicalmente empuxo (movimento Browniano) tensão superficial (superfície) 1mm peso (água ou óleo)

novas propriedades ??? - nanopartículas em um meio aquoso “nanorobots ou nanobots” - viscosidade muda radicalmente (movimento Browniano) tensão superficial (superfície) 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)

Nanociência & Nanotecnologia invenção do transistor (1947) e a miniaturização ENIAC (1946)

Nanociência & Nanotecnologia invenção do transistor (1947) e a miniaturização John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley (Bell Laboratories)

Nanociência & Nanotecnologia miniaturização – Lei de Moore a cada 18 meses a capacidade de processamento dos computadores dobra, sem alteração de custo até quando ?

em magnetismo… três gerações HD’s 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

Feynman (1959): É minha intenção oferecer um prêmio de US$ 1 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 6 m 9 m Livro  letras de 60nm

Feynman (1959): É minha intenção oferecer um prêmio de US$ 1 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 6 m 9 m Livro  letras de 60nm o prêmio foi concedido em 1987, quase 30 anos depois! 

Motivações para a P&D em N&N novas propriedades… miniaturização… aplicações (medicina, etc) Implicações consequências para o meio ambiente ? consequências para a sociedade: possível distanciamento entre pobres e ricos (pessoas e países)

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

Nomenclatura nanometro ou nanômetro ? nanômetro (Aurélio) Resolução nº 12 de 1988 do Conselho Nacional de Metrologia

Nomenclatura Certo Errado quilograma; Kg quilo; K 1 microm 2 microns 2 micra 1 micrometro 2 micrometros

Como fabricar um nano-objeto ? pedaço de ferro pó… limalha de ferro

Como fabricar um nano-objeto ? pó… limalha de ferro Volume Número de partículas de volume V % de milímetro

Como fabricar um nano-objeto ? pó… limalha de ferro Volume Número de partículas de volume V % de milímetro ~dezenas de microns

Como fabricar um nano-objeto ? pó… limalha de ferro um ou muitos com formas pré-definidas outros processos são necessários… muitos idênticos

Nanofabricação “Top-down” “Bottom-up” (de cima para baixo) (de baixo para cima) litografia óptica litografia feixe de elétrons

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

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

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

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

Nanofabricação “Top-down” “Bottom-up” (de cima para baixo) (de baixo para cima) limitação na forma dos objetos fabricados litografia óptica litografia feixe de elétrons

Nanofabricação “Top-down” (de cima para baixo) não há limitação, tudo é possível (!)

ache o “erro”…

alguns processos de nanofabricação Developing Positive Negative Etching and Stripping Polymer Resist Thin Film Substrate Resist Exposing Radiation

alguns processos de nanofabricação

alguns processos de nanofabricação