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Nuevo método de fabricación de nanoagujas localizadas en muestras a escala nanométrica

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El grupo de investigación TEP-120 Ciencia e Ingeniería de los Materiales ha desarrollado un nuevo método de fabricación de nanoagujas localizadas en el interior de muestras de distintos materiales, que presentan un amplio rango de aplicaciones, como la la preparación de muestras para análisis por microscopía electrónica de transmisión (TEM) y transmisión-barrido (STEM), para técnicas de microscopía óptica de barrido de campo cercano, tomografía electrónica y microscopía de sonda atómica. Asimismo, permite el estudio de propiedades físicas de nanomotivos seleccionados de un material mediante técnicas de medidas a nanoescala.

Nanoaguja con un punto cuántico en el interior

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Descripción

La invención proporciona un método para la preparación de nanoagujas en zonas concretas a escala nanométrica localizadas en el interior de un material, mediante el uso de un haz de iones localizados. Se pueden fabricar nanoagujas alrededor de distintos motivos nanométricos (nanoestructuras tales como puntos cuánticos, hilos cuánticos, nanopartículas, etc) seleccionados individualmente.

Las muestras a emplear en estudios de tomografía electrónica deben cumplir unos requisitos en cuanto a su geometría para permitir un amplio rango de giro que tan solo se consiguen con muestras con forma de aguja. Es por esto por lo que en los últimos años se ha realizado un esfuerzo importante en el desarrollo de técnicas de fabricación de nanoagujas que permitan optimizar sus características atendiendo a sus aplicaciones, ya que las técnicas tradicionales como por ejemplo el ataque químico no son específicas respecto de la zona concreta donde se quiere fabricar la nanoaguja, por lo que sus aplicaciones son limitadas. El uso de métodos basados en ataque con haces de iones focalizados con un sistema de barrido de doble haz (haz de iones focalizados -FIB- y haz de electrones), es una forma rápida y fiable de fabricar nanoagujas de una gran variedad de materiales.

La principal ventaja de fabricar nanoagujas por FIB consiste en que la zona de interés donde se va a fabricar la aguja puede ser seleccionada , con una precisión nanométrica, lo que no se puede conseguir con técnicas convencionales como por ejemplo el electropulido.

No obstante el problema en la fabricación de estas agujas surge cuando la zona de interés debe ser seleccionada por las características estructurales localizadas en el interior de la muestra sólida (además, en ciertos casos dichas características estructurales no son visibles con los detectores usados habitualmente en un equipo FIB). De ahí que dicha preparación presente una serie de inconvenientes adicionales.

Con la presente invención se propone un proceso de fabricación que permite obtener las nanoagujas en lugares específicos localizados en el interior de una muestra sólida, usando un FIB comercial equipado con un detector de electrones secundarios. Este método engloba la preparación por FIB y observación mediante TEM convencional para encontrar la localización de la característica de interés estructural y fabricar una nanoaguja exactamente en esa posición.

La simplicidad de este método respecto de los existentes permite su aplicación a una gran variedad de características estructurales en distintos materiales, lo que permite la fabricación de nanaoagujas en zonas de interés concretas para una gran diversidad de aplicaciones.

El método comprende los siguientes pasos:

  • Fabricación de una capa de material electrón-transparente unida a una rejilla de TEM.
  • Grabar una serie de marcas en la superficie de la capa de material en sección transversal con un haz de iones focalizados.
  • Llevar la capa de material marcado al TEM para localizar la zona de interés.
  • Grabar una marca en la superficie superior de la capa protectora justo sobre la zona de interés con un haz de iones focalizados.
  • Fabricar una nanoaguja en la posición señalada por esta nueva marca con el haz de iones focalizados.

La técnica desarrollada permite preparar muestras en las que se aislan nanomotivos de interés en tecnologías diversas, relacionadas con los campos de la electrónica, optoelectrónica y fotónica, magnetismo, por citar algunos ejemplos, permitiendo la realización de medidas de las propiedades físicas y estructurales de los nanomotivos aislados seleccionados.

Ventajas

  • Permite la preparación de muestras por FIB para su análisis por cualquier técnica de manera rápida y fiable.
  • Permite el estudio de una característica independiente del material, o donde es útil tener una característica concreta.
  • Esta técnica permite seleccionar características concretas no solo de la superficie de la muestra a escala nanométrica sino cuando la zona de interés está localizada en el interior de una muestra sólida.
  • Se consigue seleccionar una característica concreta del interior del material y fabricar una nanoaguja con ella.
  • Es posible aislar una característica del material en la nanoaguja lo que permite hacer medidas del material y caracterizarlo a nanoescala.
  • Aplicaciones en la preparación de muestras en microscopía electrónica, de sonda atómica, etc.
  • También es posible ubicar en las nanoagujas motivos de dimensiones mayores, zonas específicas de compuestos (electrónicos, optoelectrónicos, etc.).
  • Es destacable su uso en la fabricación de sondas para microscopía de campo cercano (AFM, STM, etc.), para microscopios SNOM y microscopios que analizan motivos individuales a nanoescala.

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