Litografía por Nanoimpresión

En diversos sitios del mundo, se desarrollan sensores, transistores y láser con la ayuda de nanotecnología. Estos aparatos apuntan hacia un futuro de electrónica y comunicadores ultra-rápidos, aunque todavía se carece de las técnicas adecuadas de fabricación de los hallazgos logrados en el laboratorio. Según Stephen Choue, ingeniero universitario de Princeton, “Ahora mismo todo el mundo habla de la nanotecnología, pero su comercialización depende de nuestra capacidad de fabricar”. La solución podría ser un mecanismo algo más sofisticado que Ia imprenta, según Choue. Simplemente a través de la impresión de una moldura dura dentro de una materia blanda, puede imprimir caracteres más pequeños que 10 nanómetros, de esto se trata la litografía por nanoimpresión, lo que parece sentar Ia base para nanofabricación.

La litografía por nanoimpresión utiliza la fuerza mecánica para impresionar un patrón a escala nanométrica y es capaz de conseguir características mucho más pequeñas que la litografía óptica, que está a punto de alcanzar su límite físico. La técnica fue desarrollada como herramienta para miniaturizar los circuitos integrados, y una serie de compañías, entre las que se incluye Molecular Imprints en Austin, Texas, la siguen desarrollando para esta aplicación.

Sin embargo, hasta ahora ha resultado difícil poder escalar la litografía por nanoimpresión de forma fiable. Para alcanzar la resolución necesaria para la impresión de transistores, por ejemplo, se necesita utilizar un sello plano de unos cuantos centímetros cuadrados y que se debe mover de forma repetida a lo largo de una superficie. Esto es algo que no resulta práctico a la hora de imprimir grandes áreas de película para muchas otras aplicaciones.

La idea no es utilizar esta tecnología para mejorar los métodos actuales de impresión de revistas y fotografías sino para lograr Ia fabricación de nanocables para Ia producción masiva de microchips o bien para ser utilizada en biomedicina. Este sistema también podría servir para crear micro lentes Ópticos.

Aplicaciones

Técnica de fabricación o nanofabricación:

• Impresora que podría imprimir a nanoescala, logrando Ia impresión de partículas pequeñísimas de solo 60 nm, un número unas 100 veces menor que una célula roja del cuerpo humano. Seria algo asi como una impresora de unos 100.000 dpi, es decir ese número de puntos por pulgada, algo que la vista humana no podría percibir.
  
• Réplica de estructuras nanométricas en polímeros termoplásticos aplicando presión y temperatura controladas. La nanoimpresión permite utilizar el polímero estructurado como máscara de grabado. El proceso se realiza en dos etapas:

-Etapa 1: obtención de las nanoestructuras (estructura con un tamaño intermedio entre las estructuras moleculares y microscópicas) sobre una capa fina de polímero, utilizado por su fosforescencia.

-Etapa 2: grabado mediante plasma de oxígeno (polímero residual), grabado húmedo o bien grabado seco para iones reactivos (Reactive Ion Etching , RIE).

Entre las características del proceso están las estampaciones sobre polímeros termoplásticos con resoluciones laterales máximas de 30 nm, permite estampar con sustratos de medidas entre 10 y 65 mm de diámetro, la presión se aplica de manera hidráulica, consiguiendo una uniformidad en el proceso de 10 nm sobre la máxima superficie posible, se puede aplicar una presión de 5 a 70 bar y llegar a una temperatura de 250ºC.

• Grabado seco iónico reactivo ( Reactive Ion Etching , RIE): El sistema de grabado iónico reactivo permite, mediante un plasma de radiofrecuencia (RF) y gases de ataque específicos, el grabado de materiales muy diversos: silicio, óxido de silicio, nitruro de silicio, vidrio y metales.
  
  

Litografía por nanoimpresión rollo-a-rollo:

El nuevo sistema litografía por nanoimpresión rollo-a-rollo se podría utilizar para producir de forma barata y eficiente, además de en grandes cantidades, películas ópticas con patrones a escala nanométrica con las que mejorar el rendimiento de las pantallas y las células solares.

Para evitar el problema de utilizar un sello plano de unos cuantos centímetros cuadrados y moverlo de forma repetida a lo largo de una superficie, para luego poder imprimir grandes áreas de película, se ha desarrollado un sello que se puede utilizar para la impresión rollo-a-rollo de grandes áreas. Su configuración utiliza un molde de polímero enrollado alrededor de un cilindro y que se utiliza para impresionar el patrón sobre un material que se coloca o bien encima de un soporte de cristal rígido o sobre uno de polímero. Para crear el componente final, el patrón se fija mediante el uso de una luz de flash o ultravioleta. El proceso, descrito en la publicación ACS Nano, se puede llevar a cabo de forma continuada a un ritmo de un metro por minuto, y Guo afirma que lo ha utilizado para imprimir características de hasta 50 nanómetros a lo largo de un área de 6 pulgadas de ancho (alrededor de 15 centímetros). Esa resolución no es lo suficientemente buena como para crear circuitos integrados, pero es adecuada para imprimir dispositivos ópticos tales como concentradores rejillas de luz.

Esta no es la primera vez que se explora la impresión rollo-a-rollo para su uso en la litografía por nanoimpresión. Sin embargo Yong Chen, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de California, en Los Angeles, afirma que el grupo de Michigan “ha hecho que este proceso sea mucho más fiable y con una menor densidad de defectos.”

Biosensores para detección de proteínas:

Los biosensores son dispositivo al que se le incorpora una sustancia biológica (una enzima, un anticuerpo, una proteína, ADN, etc.) para medir de manera selectiva determinadas sustancias en cierto medio.

En este caso, se utilizan bacterias como elementos biosensores, ya que genes que determinan proteínas implicadas se transcriben, exclusivamente, cuando el compuesto a destoxificar o bacteria está presente en el medio.


Detección de ADN por estiramiento en nanocanales:

Para la identificación de patógenos en alimentos y diagnóstico de enfermedades. El dispositivo consta de una plataforma fluídica de microcanales y nanocanales, a través de los cuales se estiran completamente dobles hélices de ADN, identificándose su longitud, y por tanto la hebra problema, por fluorescencia.

Biochip:

Actualmente se están realizando investigaciones para desarrollar un dispositivo para el procesamiento y reconocimiento rápido y fiable de proteínas biológicamente activas (para su fijación al sustrato bastará el empleo de biotina, que no altera las estructuras terciaria y cuaternaria de las proteínas). Esa identificación rápida, fiable y competitiva de proteínas puede abrir toda una gama de nuevos sistemas de diagnóstico precoz de tumores malignos, así como proporcionar, debido a las ventajas que tiene para efectuar numerosos ensayos paralelos, nuevas herramientas a la identificación de principios activos, base de nuevos medicamentos. El chip debe ser capaz de reconocer nanoestructuras de tamaños comprendidos entre los 20 y los 50 nanómetros.


Láseres orgánicos de semiconductor:

Científicos en Italia han desarrollado transistores (dispositivos semiconductores que se utilizan para amplificar y cambiar las señales electrónicas) orgánicos emisores de luz (OLETs) que son fuentes de luz más eficientes que los diodos orgánicos emisores de luz (OLED), y podría ser utilizado en los dispositivos orgánicos láser.

Un OLED es un dispositivo semiconductor orgánico formado por una fina película que emite luz cuando se aplica una corriente entre dos electrodos. La OLED se utilizan en muchas aplicaciones, incluyendo la iluminación y pantallas electrónicas, pero no son adecuados para aplicaciones de láser orgánicos.

Los científicos han estado tratando de desarrollar láseres de bombeo eléctrico ecológico, utilizando transistores que permiten una eficiencia muy alta y no hay pérdida de luz. Estos láseres podrían ser utilizados en aplicaciones de fibra óptica en la industria de las telecomunicaciones.

Un equipo en el Instituto de Materiales Nanoestructurados en Bolonia parece haber diseñado una olet que muestra una fuente de luz de tamaño micrométrico con la generación de luz que puede mantenerse separada de la corriente eléctrica, lo que ayuda a mantener una luz brillante y eficiente.

OLETs son dispositivos optoelectrónicos que tienen una estructura de transistor de película delgada y puede generar luz. Es un dispositivo que consta de tres capas de película orgánica entre dos electrodos.

Una capa del dispositivo sirve de transporte de electrones entre los electrodos en una dirección, mientras que la segunda capa lleva la carga positiva o transporte agujero - agujeros creados por los electrones en la primera capa - en la dirección opuesta. La capa final emite la luz.

El OLETs tienen una eficiencia cuántica externa muy impresionante y proporciona el doble de la eficiencia del equivalente optimizado de una pequeña molécula OLED con los mismos materiales.

Proyectos Europeos en nanolitografía

NaPa (Nanopatterning Emerging Methods):

Métodos emergentes de nanoestampación (Napa) es un proyecto integrado en el 6 º Programa Marco de la Comisión Europea. The NaPa consurtium consists of 35 groups from 30 institutes. El consortium NaPa consta de 35 grupos de 30 institutos. NaPa integra el nuevo método de nanomodelado en solo un proyecto, ambos anticipando y respondiendo a la creciente necesidad de tecnologías estándares y metrología requerida para aplicaciones en nanotecnología. La investigación es llevada a cabo en tres capítulos tecnología: la litografía por nanoimpresión, litografía blanda y auto-ensamblaje.

Un subproyecto de NaPa es el método de la plantilla (máscara de sombra litografía que suele utilizar membranas de estado sólido con estructuras en el rango nanométrico (<100> 10 micras). Estos patrones pueden ser transferidos a un substrato de una fase del proceso único, posiblemente en un modo no-contacto. Estos detalles hacen la galería de símbolos método aplicable a las superficies que son, ya sea mecánica inestables, como los voladizos y las membranas, y / o funcionarizadas, por ejemplo, para aplicaciones biosensor.