Entrevista com Kenneth E. Gonsalves (professor do Indian Institute of Technology Mandi, India).


gonsalves_fotoNa corrida por desenvolver chips cada vez menores e de melhor desempenho, várias limitações tecnológicas precisam ser superadas. Hoje, os gargalos para continuar nessa tendência se encontram, principalmente, nas técnicas para fabricar circuitos eletrônicos de menos de 10 nm. Dentre as técnicas que estão sendo aprimoradas para fabricar a próxima geração de chips, uma das mais promissoras é a litografia por luz ultravioleta extrema, conhecida pela sigla em inglês EUVL (extreme ultraviolet lithography), que aproveita o curtíssimo comprimento de onda desse tipo de radiação para gravar circuitos nanométricos em cima dos “resistes” – finas camadas de material sensível à radiação que cobrem o substrato do chip durante sua fabricação.

No XVI Encontro da SBPMat, a palestra plenária da tarde 12 de setembro discutirá uma importante contribuição que a área de materiais pode fazer à fabricação da próxima geração de chips: o desenvolvimento de resistes adequados à fabricação de circuitos eletrônicos de menos de 10 nm por EUVL.

O assunto será apresentado por Kenneth E. Gonsalves, Distinguished Professor do Indian Institute of Technology Mandi (IIT Mandi), instituição indiana de ensino e pesquisa científica e tecnológica criada em 2009, aonde Gonsalves chegou em 2012 como professor visitante.

Gonsalves formou-se em Química pela University of Delhi (India). Depois, fez mestrado, também em Química, no Boston College (EUA) e doutorado na University of Massachusetts at Amherst(EUA), com uma tese sobre síntese de polímeros. Posteriormente, especializou-se em cerâmica polimérica (polymer ceramics) no MIT (EUA). De 2001 a 2014, ele ocupou a cadeira Celanese Acetate de materiais poliméricos na University of North Carolina at Charlotte (EUA).

Junto a seu grupo de pesquisa no instituto indiano e a seus colaboradores dos Estados Unidos, Índia, Brasil e Europa, Gonsalves tem realizado projetos de desenvolvimento de resistes para técnicas de nanofabricação avançadas, contando com financiamento grandes empresas do segmento da eletrônica.

Aqui segue uma breve entrevista com o pesquisador.

Boletim da SBPMat: – Conte-nos um pouco sobre suas principais contribuições científicas / tecnológicas.

Kenneth Gonsalves: – Minha pesquisa centrou-se em polímeros com ênfase na síntese de novos materiais. Nos últimos 20 anos, concentrei-me na tecnologia de resistes para a fabricação de CI (circuitos integrados). Esta é uma área fascinante, pois possui importantes aplicações tecnológicas no desenvolvimento de circuitos integrados, dispositivos de estado sólido. Além disso, também pode ser usada com sucesso em engenharia de células e tecidos para arcabouços (scaffolds) para biotecnologias.

Boletim da SBPMat: – Sobre os resistes nos quais você está trabalhando, quais habilidades são necessárias para desenvolvê-los, na sua opinião? E quando essa próxima geração de chips deverá estar disponível?

Kenneth Gonsalves: – A P&D de resistes é multifacetada e extremamente complexa. Exige colaborações extensas entre químicos orgânicos, inorgânicos e de polímeros. Além disso, a interação com físicos e engenheiros elétricos / eletrônicos é essencial. A próxima geração de chips no nodo de 14 nm está atualmente disponível. A tecnologia de nodos sub 7 nm está prevista para 2018.

Boletim da SBPMat: – Descreva da maneira mais simples e breve possível o processo de EUVL, sem esquecer de mencionar o papel dos resistes.

Kenneth Gonsalves: – Os fótons EUV são gerados por uma fonte de plasma ou síncrotron que opera a um comprimento de onda de 13,5 nm. Através de uma série de espelhos especiais e uma máscara, o modelo pré-designado para a fabricação do circuito integrado é projetado em materiais fotossensíveis, como polímeros e inorgânicos. Tudo isso é conduzido no vácuo, um desafio para a indústria de fabricação de circuitos integrados, uma vez que é uma mudança drástica com relação à atual tecnologia de fotolitografia, que funciona em condições ambientais. O comprimento de onda EUV extremamente curto é um pré-requisito para padrões da escala sub 20 nm. Os desafios para resistes que podem atender aos requisitos de nodo sub 7 nm são enormes. Um novo paradigma é primordial – os resistes híbridos, que são parcialmente inorgânicos, podem fornecer soluções para modelagem nessas escalas. As máscaras rígidas inorgânicas são outra alternativa. A sensibilidade desses fotorresistes deve ser aumentada drasticamente para atender a produção em massa de chips. Existem vários outros parâmetros críticos que devem ser atendidos para um sistema de resistes bem-sucedido. Mais uma vez, isso exige uma colaboração multidisciplinar, multi-institucional e industrial em escala global.

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Mais Informações

No site da reunião do XVI B-MRS, clique na foto de Kenneth Gonsalves e veja seu mini CV e o resumo de sua palestra plenária: http://sbpmat.org.br/16encontro/home/

Artigo em destaque: Folhas de grafeno gravadas com íons de hélio.


O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é:

Archanjo, B.S.; Fragneaud, B.; Cancado, L.G.; Winston, D.; Miao, F.; Achete, C.A.; Medeiros-Ribeiro, G. Graphene nanoribbon superlattices fabricated via He ion lithography. Appl. Phys. Lett. 104, 193114 (2014); http://dx.doi.org/10.1063/1.4878407.

Artigo de divulgação

Folhas de grafeno gravadas com íons de hélio

Em um trabalho coordenado por pesquisadores do Brasil e recentemente publicado na Applied Physics Letters (APL), cientistas gravaram, em cima de folhas de grafeno, padrões periódicos de tamanho nano, utilizando um método novo para essa aplicação, a litografia por feixe de íons de hélio focalizados.

A equipe de cientistas envolvida no trabalho se valeu de um microscópio HIM, do inglês helium ion microscope, para bombardear o grafeno com esses íons e, dessa maneira, gravar linhas paralelas de 1mm de comprimento e apenas 5 nm de largura, definindo, entre elas, fitas de 20 nm de largura (nanofitas).

Além de ser rápido e simples, o método se revelou muito preciso: gerou defeitos pontuais menores do que outras técnicas similares e preservou significativamente a estrutura atómica das nanofitas definidas.

O novo método amplia as possibilidades de aplicação do grafeno, que, vale lembrar, é um material plano (de apenas um átomo de altura) formado por átomos de carbono densamente compactados, e que se destaca por poder ser utilizado em escala nano e por sua altíssima resistência, ótima condução da eletricidade e do calor, transparência e flexibilidade, entre outras propriedades.

“A escrita direta em grafeno, utilizando o feixe de íons focalizados, permite a fabricação rápida de diferentes dipositivos”, diz Braulio Archanjo, pesquisador do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro) e primeiro autor do artigo da APL. Como exemplo, Archanjo cita a possibilidade de fabricar em grafeno puro, num futuro próximo, as chamadas “junções PN”, estruturas atualmente fabricadas basicamente em silício, as quais compõem dispositivos semicondutores, como díodos e transistores, amplamente usados na produção de eletrônicos.

Imagem topográfica (em 3 dimensões) da superfície do grafeno sobre SiO2, coletada em um microscópio de força atômica.

A história do trabalho

No contexto de trabalhos sobre metrologia do grafeno realizados nos últimos anos no Inmetro, relata Archanjo, surgiu a ideia de se fabricar, de maneira controlada, padrões periódicos de “defeitos”, como as linhas paralelas do trabalho da APL. Em 2012, uma equipe do Inmetro, em colaboração com pesquisadores da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), publicou um trabalho sobre padrões periódicos gravados em grafeno utilizando um feixe de íons de gálio por meio de um equipamento de FIB, do inglês focused ion beam.

Posteriormente, em uma reunião de Archanjo com os professores Carlos Achete, ligado à Universidade Federal do Rio de Janerio (UFRJ) e ao Inmetro, e Gilberto Medeiros, ligado à UFMG e ao laboratório de pesquisa e desenvolvimento da Hewlett-Packard (HP Labs), foi planejado um segundo trabalho em que se usaria, em vez do equipamento de FIB, um HIM, cuja resolução é até dez vezes superior, mas que não existe ainda em território brasileiro.

Então, Archanjo passou três semanas no Vale do Silício, nos Estados Unidos, utilizando o HIM do HP Labs para fazer litografia em amostras de grafeno produzidas no Inmetro. “Juntamos a expertise que temos aqui a respeito de defeitos em grafeno, com a expertise dos pesquisadores do HP Labs em utilizar um microscópio de feixe de íons de hélio focalizado”, resume o pesquisador do Inmetro.

Quando ele voltou ao Brasil com várias amostras de grafeno com padrões periódicos gravados, a equipe deu início ao estudo dessas amostras por microscopia de força atômica e espectroscopia Raman, desenvolvido no próprio Inmetro. “Esta etapa do trabalho foi realizada juntamente com os professores Benjamin Fragneaud, da Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) e Luiz Gustavo Cançado, da UFMG”, conta Archanjo.

HIM: proximamente no Brasil

No primeiro semestre de 2015, anuncia Archanjo, o Brasil deve ter seu primeiro microscópio de íons de hélio. “A experiência que ganhamos realizando o estudo no HP Labs nos permitirá instalá-lo e utilizá-lo”, diz o pesquisador. O equipamento estará disponível para os pesquisadores brasileiros interessados em utilizá-lo dentro do Núcleo de Laboratórios Multiusuário de Microscopia do Inmetro.