Nanofabricação e Caracterização de Nanoestruturas
Código
10424
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Ciências dos Materiais
Créditos
6.0
Professor responsável
Pedro Miguel Cândido Barquinha
Horas semanais
5
Total de horas
85
Língua de ensino
Português
Objectivos
Pretende-se que no final da unidade curricular os alunos adquiram noções consolidadas sobre funcionamento e aplicabilidade de técnicas de nanofabricação (processos top-down e bottom-up) e de caracterização (eléctrica, óptica, estrutural, elementar e morfológica) de materiais e dispositivos. Além disso, dada a índole tecnológica e actualidade científica das temáticas abordadas, o trabalho experimental dos alunos integra-se nas actividades de investigação decorrentes no CENIMAT|I3N, pretendendo-se por isso fomentar nos alunos quer o seu espírito crítico na análise dos resultados obtidos, quer o seu espírito criativo para ultrapassar os problemas, componentes relevantes em qualquer trabalho de investigação.
Pré-requisitos
Sem precedências obrigatórias, embora seja recomendada a obtenção de frequência de Técnicas de Caracterização de Materiais, Microelectrónica I e Microelectrónica II.
Conteúdo
Aulas teórico-práticas:
O programa da disciplina engloba conceitos sobre funcionamento e aplicabilidade de técnicas de nanofabricação (top-down e bottom-up) e de caracterização de materiais e dispositivos:
- Nanofabricação por fotões: extensão para a nanoescala (DUV, EUV, X-ray, aumento de NA e diminuição de k1)
- Litografia por feixe de electrões: princípios, IGNOREes de electrões, tipos de sistemas de EBL, efeitos de dispersão e de proximidade, resistes para EBL
- Feixe de iões para nanofabricação: princípios, IGNOREes de iões, dispersão de iões em sólidos, "ion-channeling", sputtering e deposição assistida por iões, litografia por feixe de iões, aplicações de FIB.
- Litografia por feixe de electrões/iões por projecção e sistemas multi-feixe
- Nanofabricação por scanning probes: princípios de funcionamento de SPM e AFM, exposição de resistes, oxidação local, nanofabricação aditiva e subtrativa, SPL de elevado rendimento.
- Nanofabricação por replicação: thermal press NIL, RT NIL, NIL com cura de UV, NIL inversa e soft-lithography
- Nanofabricação indirecta: importância, sidewall lithography, subtracção e adição dimensional, processamento multi-etapa, "super-resolution patterning"
- Nanofabricação por técnicas bottom-up: self-assembly e self-assembly conduzida, blocos para construção de nanosistemas futuros, ALD, MBE
- Técnicas avançadas para caracterização de filmes finos: AFM, RBS, XPS, SIMS
Aulas práticas:
As aulas práticas encontram-se estruturadas em 4 módulos:
Módulo 1 - Micro e nanofabricação e caracterização eléctrica de FETs (litografia óptica convencional e litografia de feixe de electrões)
Módulo 2 - Nanofabricação e caracterização avançada de FETs (SEM-FIB-GIS, nanomanipuladores, caracterização por DC-IV e IV pulsado
Módulo 3 - Nanofabricação com AFM
Módulo 3 - Caracterização avançada de nanoestruturas (Elipsometria, AFM, SEM-EDS, EBSD)
Bibliografia
M. Madou, Fundamentals of Microfabrication: The Science of Miniaturization, 2nd ed, CRC Press (2002)
Z. Cui, Micro-Nanofabrication: Technologies and Applications, Springer (2005)
M. Stepanova, S. Dew, Nanofabrication: Techniques and Principles, Springer (2012)
D. K. Schroder, Semiconductor Material and Device Characterization, 3rd ed., Wiley (2006)
N. Yao, Z. Wang, Handbook of Microscopy for Nanotechnology, Kluwer Academic Publishers (2005)
C. Brundle, C. Evans, S. Wilson, Encyclopedia of Materials Characterization, Butterworth-Heinemann (1992)
Método de ensino
O programa encontra-se articulado entre aulas teóricas e práticas, 2 e 3 horas semanais, respectivamente.
Nas aulas teóricas expõe-se oralmente a matéria, tendo sempre o suporte de ppts com informação detalhada e actualizada, que são facultados aos alunos. Vários exemplos práticos são apresentados, fomentando-se a discussão relativamente à viabilidade de implementação dos materiais e processos a nível industrial.
As aulas práticas são efectuadas sempre em laboratório, procurando dar a conhecer na prática as técnicas de nanofabricação e nanocaracterização apresentadas nas aulas teóricas.
Os alunos são avaliados por dois testes teóricos efectuados ao longo do semestre, ou alternativamente um exame (50 % nota final), e por dois relatórios sobre trabalhos práticos (25 % cada), um sobre nanofabricação de transístores, outro sobre caracterização avançada de filmes finos.
A frequência implica presença nas aulas práticas e aprovação nos relatórios (>9.5 valores em cada).
Método de avaliação
Nota final:
- 50 % média dos testes ou exame
- Nota mínima em cada teste: 7.0 valores; média dos 2 testes: 9.5 valores
- Nota mínima de exame: 9.5 valores
- 25 % relatório sobre fabrico e caracterização de nanotransístores
- 25 % apresentação sobre nanofabricação
Frequência:
- Aprovação no relatório (9.5 valores)