NANOTECNOLOGÍA – NANOFABRICACIÓN – NUEVOS MATERIALES EN

PROCESOS DE MANUFACTURA

SERGIO ANTONIO CUENCA ORTIZ 2091945

RAFAEL ANTONIO RONDON CASTRO 2100060

JOSÉ GABRIEL TORTELLO NIETO 2091977

GRUPO: M1

HENRY VERA GONZALEZ

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERÍAS FÍSICO-MECÁNICAS

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

BUCARAMANGA, 20 DE FEBRERO DE 2012

INTRODUCCIÓN

El desarrollo alcanzado por las áreas científicas conocidas como nanociencia y

nanotecnología se debe, en parte, al descubrimiento y posteriores desarrollos del

microscopio de fuerzas (AFM). Esta microscopía se ha configurado como

herramienta indispensable para interrogar las propiedades de sistemas de tamaño

nanométrico. El carácter local y el preciso control de las interacciones

electromagnéticas permite a esta técnica la investigación del estado químico,

mecánico o eléctrico de estructuras nanométricas, con independencia de la

naturaleza de las nanoestructuras. Estas pueden ser de tipo semiconductor,

moléculas orgánicas o moléculas biológicas. Las propiedades mencionadas de los

microscopios de fuerzas pueden ser aprovechadas para desarrollar nuevas

técnicas de modificación y manipulación de superficies a escala nanométrica. Este

método puede constituir las bases para el desarrollo de nuevas técnicas de

litografía con definición de motivos por debajo de los 10nm.

OBJETIVO GENERAL

Conocer y comprender más a fondo temas relacionados con la nanotecnología y

sus procesos en la manufacturas de dispositivos comunes hoy día y materiales

utilizados para tal fin.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Aprender la definición de nanotecnología, como funciona y en que campos se

puede utilizar.

Conocer las operaciones de conformado de estructuras a nanoescala.

Conocer los materiales utilizados para efectuar dichos procesos asi como el

producto obtenido después de terminada la fabricación o nanofabricación en

nuestro caso.

NANOTECNOLOGIA

La palabra "nanotecnología" es usada extensivamente para definir las ciencias y

técnicas que se aplican a un nivel de nanoescala, esto es unas medidas

extremadamente pequeñas "nanos" que permiten trabajar y manipular las

estructuras moleculares y sus átomos. En síntesis nos llevaría a la posibilidad de

fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas.

El desarrollo de esta disciplina se produce a partir de las propuestas de Richard

Feynman.

La mejor definición de Nanotecnología que hemos encontrado es esta: La

nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación

de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a

nano escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano

escala. Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y

moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto,

científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas

novedosos y poco costosos con propiedades únicas.

Supondrá numerosos avances para muchas industrias y nuevos materiales con

propiedades extraordinarias (desarrollar materiales más fuertes que el acero pero

con solamente diez por ciento el peso), nuevas aplicaciones informáticas con

componentes increíblemente más rápidos o sensores moleculares capaces de

detectar y destruir células cancerígenas en las partes más delicadas del cuerpo

humano como el cerebro, entre otras muchas aplicaciones. A continuación te

mostramos algunos videos que te ayudarán a comprender mejor este tema.

NANOFABRICACIÓN

La nanofabricación implica la generación y manipulación de estructuras con

dimensiones características menores a 1μm (40 μpulg); nano quiere decir 10-9. Si

bien se han producido durante décadas dispositivos del orden de micrómetros, los

procesos a nanoescala prometen proporcionar grandes mejoras y revolucionar

dispositivos en pequeña escala. Entre las aplicaciones potenciales de estos

materiales y dispositivos incluyen la electrónica, dosificación de medicamentos,

dispositivos mecánicos revolucionarios, sensores y sistemas de diagnóstico

médico.

MICROMAQUINADO

Un área importante de investigación continua es el desarrollo de los sistemas

micromecánicos, en los que las dimensiones características de los componentes

son del orden de micrómetros. Como ejemplos de estos sistemas son los

microactuadores electromagnéticos de las unidades de disco duro, microcardanes,

microfuelles y diversos sensores y dispositivos de medición.

PROCESOS DE FABRICACIÓN DE DISPOSITIVOS MICROELECTRÓNICOS

Deposición de película

En el procesamiento de dispositivos microelectrónicos se usan mucho las

películas de distintos tipos, en especial aislantes y conductoras. Entre las películas

comunes están las de polisilicio, nitruro de silicio, dióxido de silicio, tungsteno,

titanio y aluminio. En algunos casos las obleas tan solo sirven como soporte

mecánico sobre el cual se hacen crecer capas epitaxiales. La epitaxia se define

como el crecimiento de un depósito con vapor o de un electro depósito en el que la

orientación de los cristales depositados se relaciona en forma directa con la del

substrato cristalino.

Oxidación

Se refiere al crecimiento de una capa de óxido como resultado de la reacción del

oxígeno con el material del substrato. Los óxidos de crecimiento térmico tienen

una mayor pureza que los depositados porque crecen en forma directa sobre el

substrato de alta calidad. Sin embargo, se deben usar métodos de deposición si la

composición de la capa deseada es distinta de las del material de substrato.

Litografía

Es un proceso mediante el cual se transfieren las figuras geométricas que definen

los componentes de una retícula a la superficie del substrato. En la práctica

común, se aplica el proceso litográfico muchas veces a cada circuito

microelectrónico, y cada vez se usa una retícula distinta para definir las diversas

áreas de los elementos. Se trazan normalmente muchas miles de veces mayores

que su tamaño final y las figuras de los retículos pasan por una serie de

reducciones antes de ser aplicadas en forma permanente a una placa de cuarzo

libre de defectos.

Grabado (ataque)

Es el proceso mediante el cual se eliminan capas enteras o regiones determinadas

de capas, y tiene un importante papel en la secuencia de fabricación. Uno de los

criterios más importantes en este proceso es la selectividad, que define la

capacidad de atacar un material sin atacar a otro.

Difusión e implantación de iones

Es un proceso mucho más extenso y requiere equipo especializado. La

implantación se logra acelerando los iones a través de un campo de alto voltaje,

como de un millón de electrón volts, para después elegir al dopante deseado

mediante un separador de masas. En forma parecida a la de los tubos de rayos

catódicos, el rayo barre la oblea, mediante conjuntos de placas deflectores

asegurando así el recorrido uniforme sobre substrato. El sistema completo de

implantación debe trabajar al vacío.

Metalización y prueba

Se refiere a la interconexión de los elementos del circuito integrado, este proceso

se lleva a cabo en los siguientes pasos:

Interconexiones: se hacen con metales de baja resistencia eléctrica y buena

adhesión a las superficies aislantes dieléctricas. Los materiales que se usan

con más frecuencia siguen siendo el aluminio y las aleaciones de aluminio y el

cobre.

Electromigración: es el proceso por el cual los átomos de aluminio se mueven

físicamente debido al impacto de los electrones que se desplazan cuando las

corrientes son altas.

Planarización: es la producción de una superficie plana de estas capas

intermedias de dieléctrico; es crítica en la reducción de cortos entre metales y

la reducción de variación de ancho de línea de la interconexión. La norma

actual de Planarización de alta densidad de interconexiones se ha convertido

rápidamente en un pulido químico mecánico, este proceso implica pulir

físicamente la superficie de la oblea en forma parecida a como una lijadora de

disco o de banda aplana las salientes en una pieza de madera.

NANOMATERIALES

Basados en carbono

Estos nanomateriales están compuestos mayoritariamente por carbono y suelen

adoptar formas como esferas huecas, elipsoides o tubos. Los nanomateriales de

carbono con forma elipsoidal o esférica se conocen como fullerenos, mientras que

los cilíndricos reciben el nombre de nanotubos. Estas partículas tienen muchas

aplicaciones posibles, incluido el desarrollo de recubrimientos y películas

mejoradas, materiales más ligeros y resistentes y diversas aplicaciones en el

campo de la electrónica.

a) Los fullerenos son la tercera forma más estable del carbono, tras el diamante

y el grafito. El primer fullereno se descubrió en 1985 y se han vuelto populares

entre los químicos, tanto por su belleza estructural como por su versatilidad

para la síntesis de nuevos compuestos, ya que se presentan en forma de

esferas, elipsoides o cilindros.

b) Los nanotubos de carbono son una forma alotrópica del carbono, como el

diamante, el grafito o los fullereno. Su estructura puede considerarse

procedente de una lámina de grafito enrollada sobre sí misma. Dependiendo

del grado de enrollamiento, y la manera como se conforma la lámina original, el

resultado puede llevar a nanotubos de distinto diámetro y geometría interna.

Basados en metales

Estos nanomateriales incluyen puntos cuánticos, nanopartículas de oro y plata y

óxidos metálicos como el dióxido de titanio.

a) Un punto cuántico es una estructura cristalina a nanoescala que puede

transformar la luz. El punto cuántico se considera que tiene una mayor

flexibilidad que otros materiales fluorescentes, lo que lo hace apropiado para

utilizarlo en construcciones a nanoescala de aplicaciones computacionales

donde la luz es utilizada para procesar la información.

b) Los óxidos metálicos son compuestos con elevado punto de fusión que se

forman como consecuencia de la reacción de un metal con él oxígeno. Esta

reacción es la que produce la corrosión de los metales al estar expuesto al

oxigeno del aire.

Dendrímeros

Estos nanomateriales son polímeros de tamaño manométrico construidos a partir

de unidades ramificadas. La superficie de un dendrímero tiene numerosos

extremos de cadena, que se pueden adaptar para desempeñar funciones

químicas específicas. Esta propiedad se podría utilizar también para la catálisis.

Además, debido a que los dendrímeros tridimensionales contienen cavidades

interiores en las que se pueden introducir otras moléculas, pueden ser útiles para

la administración de fármacos.

Compuestos

Los compuestos combinan las nanopartículas con otras nanopartículas o con

materiales de mayor tamaño. Las nanopartículas, como arcilla a nanoescala, ya se

están añadiendo a numerosos productos, desde piezas de automóviles a

materiales de empaquetado, para mejorar sus propiedades mecánicas, térmicas,

protectoras, etc.

CONCLUSIONES

Los procesos de nanofabricación que se llevan a cabo en la actualidad

generalmente son para dispositivos electrónicos.

La nanotecnología es la ciencia aplicada a estructuras del orden de

nanómetros.

Existen diversos procesos que se llevan a cabo para la producción y obtención

de nuevos materiales en manufactura moderna.

BIBLIOGRAFÍA

KALPAKJIAN, Serope y SCHMID, Steven R. Manufactura, ingeniería y

tecnología. 4 edición. México: Pearson Education, 2002, p. 764-766, 928-

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