Pesquisadores desenvolvem material com aplicação microeletrônica

Grupo da Unicamp obtém estrutura a partir de silício cristalino com nanopartículas de níquel auto-organizadas sobre a superfície

Por Elton Alisson, de Beijing

Agência FAPESP – O processo de auto-organização existente na natureza, em que moléculas e estruturas complexas são formadas ajustando-se às condições dos sistemas biológicos nos quais estão inseridas, tem inspirado pesquisadores a desenvolver sistemas ordenados, com partículas metálicas em escala nanométrica (da bilionésima parte do metro), com base no mesmo princípio.

Um dos exemplos disso é uma estrutura obtida a partir de silício com nanopartículas de níquel auto-organizadas depositadas sobre sua superfície que acaba de ser desenvolvida por pesquisadores do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

Resultado do Projeto Temático “Pesquisa e desenvolvimento de materiais nanoestruturados para aplicações eletrônicas e de física de superfícies”, o processo de criação da estrutura foi descrito em um artigo aceito para publicação no Journal of Physics D: Applied Physics. E foi apresentado no dia 16 de abril durante o Simpósio Brazil-China para Colaboração Científica – FAPESP Week Beijing, na China.

O evento, promovido pela FAPESP em conjunto com a Peking University (PKU), reuniu até o dia 18 de abril na capital chinesa pesquisadores dos dois países para discutir estudos nas áreas de Ciência dos Materiais, Meio Ambiente, Energias Renováveis, Agricultura, Ciências da Vida, Medicina e Saúde, com o intuito de fomentar a colaboração científica.

“As nanopartículas de níquel auto-organizadas em superfícies bem definidas podem ter diversas aplicações”, disse Fernando Alvarez, professor do IFGW e coordenador do projeto, à Agência FAPESP.

“Essa área de pesquisa tem despertado muito interesse porque poderá diminuir os custos e o número de etapas para a fabricação de materiais nanoestruturados com potenciais propriedades magnéticas, ópticas e catalíticas e com aplicações na indústria microeletrônica e em nanotecnologia”, afirmou Alvarez.

De acordo com o pesquisador, para obter esses tipos de materiais nanoestruturados são utilizadas técnicas como fotolitografia e litografia de elétrons.

Essas técnicas, contudo, possuem uma série de etapas para serem completadas e são demoradas e caras. Por isso, há interesse em procurar novas rotas para simplificar os processos de obtenção de materiais nanoestruturados.

Segundo o pesquisador, uma rota promissora que tem despontado nos últimos anos é a nanoestruturação de substratos por meio de bombardeamento de íons.

A técnica permite obter figuras regulares em metais, semicondutores e materiais amorfos que podem ser usados como matriz para o crescimento de estruturas auto-organizadas.

“O bombardeamento iônico permite, basicamente, esculpir um substrato de forma que, ao depositar átomos ou moléculas sobre ele, essas partículas são forçadas a se auto-organizar sobre a superfície do material de acordo com a topologia da sua superfície”, explicou Alvarez.

Processo de fabricação

Para desenvolver materiais com essas características, os pesquisadores do grupo de Alvarez no IFGW bombardeiam um substrato de silício cristalino com íons de átomos pesados de gases nobres, como criptônio, xenônio e argônio.

O bombardeamento causa ondulações no substrato e faz com que a superfície dele apresente figuras periódicas bem definidas, como, por exemplo, linhas paralelas semelhantes a ranhuras, detalhou Alvarez.

Ao depositar átomos de níquel sobre o material por meio de um processo denominado pulverização catódica de feixe de íons, os átomos buscam se acomodar adequadamente nas figuras periódicas existentes na superfície da estrutura. Dessa forma, é originado um material com estrutura bidimensional bem definida, disse Alvarez.

“Devido às figuras periódicas definidas que o substrato possui, quando os átomos de níquel aterrissam nele, agitados pela temperatura, eles se movimentam sobre a superfície da estrutura até encontrar outros átomos e nuclearem”, explicou.

“Com isso, são formadas partículas ou aglomerados na superfície do material com arranjos periódicos bem definidos”, afirmou o pesquisador.

Segundo Alvarez, cada uma das partículas formadas pelos átomos de metal sobre a superfície do substrato de silício cristalino pode ser usada, por exemplo, como ponto magnético com possível aplicação na microeletrônica.

As partículas também podem iniciar e catalisar (acelerar) o crescimento de nanotubos de carbono – materiais que necessitam de níquel ou outros tipos de partículas metálicas para promover seu crescimento.

“Ao desenvolver uma matriz de pequenas partículas uniformemente distribuídas, formando uma estrutura periódica na superfície de um substrato, é possível depositar sobre esse material partículas de carbono que crescerão e formarão nanotubos de acordo com a figura pré-fabricada do material”, afirmou.

Segundo o pesquisador, essas possíveis aplicações, contudo, ainda estão em escala de laboratório. “Estamos demonstrando a possibilidade de desenvolver materiais e processos para essas aplicações”, contou Álvarez. “Mas, para fabricá-los, é preciso de laboratórios de engenharia, com equipamentos muito mais complexos do que dispomos,e realizar uma série de ajustes para formar estruturas periódicas com a mínima quantidade de defeitos”, afirmou.