16 - Introdução à Nanofabricação Eletroquímica

Resumo:

As técnicas eletroquímicas, devido a seu custo relativamente baixo, quando comparadas com técnicas de vácuo, são uma ótima alternativa para aqueles que desejam se iniciar na fabricação e estudo de estruturas nanométricas, como filmes finos, nanofios, nanocilindros, nanodots e nanopartículas em geral, principalmente quando existem poucos recursos para as técnicas de vácuo.Este curso pretende apresentar uma visão geral, segundo uma abordagem experimental do assunto, suficiente para motivar os interessados a iniciar algum trabalho no tema, utilizando uma estrutura laboratorial de baixo custo.Conforme mencionado na Referência 9, as metodologias de nanofabricação podem ser geralmente divididas em dois tipos de processos: top-down e bottom-up. Os processos top-down referem-se àqueles que se aproximam da nanoescala a partir de dimensões maiores, como as litografias, o nanoimprinting, o uso de pontas de prova, e as técnicas de feixe de elétrons. Em contraste, nos processos de fabricação bottom-up são construídos artefatos em nanoescala, a partir do nível molecular e acima, seja com moléculas únicas ou coleções de moléculas que se aglomeram ou se auto-agrupam. Usando uma abordagem bottom-up, como automontagem (self- assembly) p.ex., se permite que os cientistas criem sistemas maiores e mais complexos a partir de subcomponentes elementares como átomos e moléculas. Outro exemplo são os processos epitaxiais, que criam estruturas camada por camada de crescimento,em nível atômico. Um dos processos bottom-up que tem sido tradicionalmente usados por décadas, é a eletrodeposição, onde é possível formar filmes finos de qualidade, principalmente metálicos, a partir da oxi-redução de espécies químicas adequadas. Controlando precisamente os elétrons transferidos, conseguem-se quantidades bem definidas do material formado, determinadas de acordo com a lei da eletrólise de Faraday. Por exemplo, interconexões de cobre de alta qualidade produzidas em grande escala em chips eletrônicos de alta integração ou de outros metais e óxidos em sistemas micro-eletro-mecânicos (MEMS), podem ser formadas eletroquimicamente em wafers de Si, entre outros substratos. A eletrodeposição mostrou-se, portanto, compatível com o estado tecnológico atual de fabricação de dispositivos de última geração. As maiores empresas de semicondutores, por exemplo, IBM, Intel, AMD e Motorola, estão usando máquinas de galvanoplastia de wafers de silício, em suas linhas de fabricação. Entre os materiais passíveis de ser produzidos diretamente por eletrodeposição, temos vários metais condutores e ligas ferromagnéticas, como Cu, Ag, Au, Co, Fe, Ni, CoFe, CoNi, FeNi, CoFeNi; CoP, CoB, FeB, CoFeP, CoFeB, CoFeCr , CoFeCu, CoNiFe, CoNiFeS, CoFeNiCr, CoFeSnP, CoNiFeB; alguns óxidos metálicos, certos materiais semicondutores e determinadas ligas de Heusler. Uma outra classe de materiais nanoestruturados por métodos eletroquímicos são aqueles baseados em alumina anodizada nanoporosa, a saber filmes metálicos com nanoporos e também nanofios metálicos, nanopontos, nanopilares, nanopartículas e outros.