Facultad de Ingeniería Físico-Química

Ingeniería Química

NANOTECNOLOGÍA

Luz Marina Ballesteros Rueda

TEMA 2: MÉTODOS DE FABRICACIÓN DE NANOESTRUCTURAS

Métodos de Fabricación de Nanoestructuras

Top-down

(Destrucción o Reducción del

Tamaño)

Bottom-up

(Método de Construcción o

Autoensamblado)

Procedimientos

• miniaturización de

estructuras a escala

nanométrica.

• desde una

estructura

nanométrica

se comienza un

proceso de montaje

Top-down vs. Bottom-upTop-down

• Comienza con un patrón a

gran escala reduciéndolo a

nanoescala

• Producción a gran escala

(electronica)

• No son baratos ni fáciles de

fabricar.

• Un gran problema es la

imperfección de la estructura

superficial

•

Bottom-up

• Comeinza con átomos o

moléculas para construir

nanoestructuras

• La fabricación es mucho

menos costosa.

• Obtiene nanoestructuras con

menos defectos y mas

homogéneas en su

composición

• Se asemeja a los procesos de

la naturaleza

• Algunos lo consideran

nanotecnología realmente

Mét

od

os

de

Fab

rica

ció

n

Físicos

Top-downBall milling

Dry Etching

Lithography

Bottom-up

Chemical Vapor Deposition

Physical Vapor Deposition

Atomic Layer Deposition

Pulsed Laser Depostion

Molecular Beam Epitaxy

Metal Organic Vapor Phase Epitaxy

Químicos

Top-down Chemical Etching

Bottom-up

Self-Assembly

Langmuir–Blodgett

Layer by Layer

Sol-gel

Spray pyrolysis

BM= Molienda por bolas; MBE= Crecimiento epitaxial por haces moleculares; MOVPE= Deposición de vapor

mediante procesos químicos organometálicos

Self-Assembly o AutoensambladoSA procedimiento bottom-up organización

espontánea de moléculas dentro de agregados bien

definidos via interacciones o fuerzas no covalentes.

organización espontánea equilibrio termodinámico

SA uno de los pocos procedimientos para fabricar un

grupo de nanoestructuras

Self-Assembly via: • Enlace por puentes de hidrógeno

• Interacción -• Metal-ligando

Takashi Kato, Norihiro Mizoshita, Angew. Chem. Int. Ed. , 2006, 45, 38– 68.

A. Gesquiere, E. W. Meijer, Nano Lett., 2004, 4, 1175-1179

Self-Assembly via: • Enlace por puentes de hidrógeno

• Interacción -• Metal-ligando

OPV= oligo(p-phenylenevinylene)s

P. J. Stang, B. Olenyuk, D. C. Muddiman, Organometallics, 1997, 16, 3094.

Self-Assembly via: • Enlace por puentes de hidrógeno

• Interacción -• Metal-ligando

Ventajas de SA• Lleva a cabo las más difíciles etapas en el proceso de la

nanofabricación utilizando técnicas altamente desarrolladas de

la síntesis química.

• Se basa en la enorme riqueza de la naturaleza (biología)para la

inspiración.

• Puede incorporar estructuras biológicas como componente en

el sistema final.

• Produce estructuras que son relativamente libre de defectos y

se auto-curan por lo que requiere sistemas

termodinámicamente estables.

• No requiere maquinaria para mover u orientar los

componentes, ese trabajo se lo deja al movimiento Browniano.

(Superficie-Componentes)

Autoensamblaje Químico, Físico y

Coloidal

• cubre ensamblajes a escala molecular de

compuestos con arquitecturas atómicas

diseñados precisamente dentro de estructuras

macroscópicos.

• La síntesis química controlada de unidades

elementales provee una herramienta para

ajustar la estructura y las propiedades del

sistema ordenado.

• Es fácil de preparar y ensamblar a partir de

soluciones que contienen las moléculas.

• Es un sistema ordenado y robusto bajo

muchas condiciones de uso.

• Representa estabilidad termodinámica,

ensamblaje espontáneo , y tiende a estar libre

de defectos.

• Permite el control del espesor de la película

dentro de ~ 1 nm.

• se refiere al ordenamiento de átomos que

resulta de procesos de deposición o de

tratamiento post- crecimiento.

• Puede proporcionar deposición de

películas delgadas no homogéneas en

comparación con los métodos de

procesamiento convencionales.

• Las deposiciones no uniformes exhiben

propiedades novedosas y útiles propiedades

para aplicaciones en nanoelectrónica y

nanofotónica .

Químico Físico

Autoensamblaje Químico, Físico y

Coloidal

• Caracteriza esos procesos en donde las

nanopartículas se agregan en grupos

(Clúster).

• Las nanopartículas o clústeres con

diámetros entre 1 y 20 nm tienen

propiedades híbridas que no son ni

propiedades de los átomos individuales ni

del bulk del material en el estado sólido.

• Cristales coloidales

• Redes de clústeres

Coloidal

Por qué la necesidad de SA?

http://www.intel.com/research/silicon/mooreslaw.htm

Cada 18 meses: el costo del chip se reduce a la mitad y

su fuerza se duplica

Monocapas Autoensambladas (SAM)Ensamblajes moleculares son formados espontáneamente por inmersión de un

sustrato apropiado dentro de una solución que contiene la molécula a ensamblar.

10 mM - 10μM

• La naturaleza de la molécula

• Interfase

• Concentración de la solución

• Quimisorción

• Organización molecular

(fuerzas van der Waals, π-π y

hidrofobicas entre vecinos)

Substratos y moléculas

Au, Ag, Pt,

Pd, Cu ...Metal

Si

Graphene

CNTs

-SH , -C≡CH ,

-NH2 , -CN ,

-TMS , -COOH

OPE

OPV

BPTs

Bottom Electrode

-NH2 , -SH ,

-COOH , -CN

Utilización

HOOC-OPE-CCH

HOOC-OPE-CCH

HOOC-OPE-CCH

HOOC-OPE-CCH

HOOC-OPE-CCH

ƒ = 0

HOOC-OPE-CCH

HOOC-OPE-CCH

HOOC-OPE-CCH

HCC-OPE-COO 3HN-OPE-O-C6H13

+

HCC-OPE-COO 3HN-OPE-O-C6H13

+ƒ 04,3·10-4 M/ CHCl3

(4 horas)

Película LB

HOPEA

H2N-OPE-C6H13

Orientado

Direccionalmente?

Si

No