Nanofab: fabricación de micro y nanodispositivos para la industria

La fabricación de micro y nanodispositivos para el desarrollo de prototipos que demanda el sector industrial será posible en el Centro de Nanociencias y Nanotecnología (Cnyn) a partir de la puesta en marcha del Laboratorio Nacional de Nanofabricación (Nanofab), que se espera inicie operaciones este año.

El laboratorio, localizado en las instalaciones de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), campus Ensenada, permitirá a investigadores y tecnólogos probar sus desarrollos tecnológicos y llevarlos hasta la fase de prototipo.

Por otra parte, la industria de sectores tan amplios como el médico, electrónico, de telecomunicaciones, entre muchos otros, contará con infraestructura y equipamiento para el diseño de nanodispositivos que son requeridos en sus procesos de producción.

Nanofab se encuentra actualmente en su primera fase de desarrollo, etapa en la que ha recibido 18.4 millones de pesos procedentes del Programa de Laboratorios Nacionales del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), destinados a la adecuación y equipamiento de un espacio de ambiente controlado.

Cuarto limpio

La aplicación de finas técnicas para la transferencia o diseño de patrones a nivel micro y nanométrico implica el acondicionamiento de un espacio que reduzca al mínimo la presencia de partículas que comúnmente están en el ambiente.

El doctor Víctor García Gradilla, investigador del Cnyn y uno de los responsables de Nanofab, explicó que en condiciones comunes el aire tiene suspendidas miles de millones de partículas micrométricas, que representarían una amenaza para el diseño a nivel micro y nano que habrá en el laboratorio.

Por ello, se acondicionó un espacio de 274 metros cuadrados en el que, gracias a filtros de alta eficiencia, la suspensión de partículas se reduce a mil por pie cúbico, a ese espacio se le conoce como cuarto limpio clase 1000.

El doctor Víctor García detalló que, además de los filtros, el techo del cuarto limpio tiene abanicos instalados en el techo para generar un flujo de aire unidireccional que arrastra todas las partículas hacia el suelo y son extraídas del cuarto a través de rendijas.

“Un reflujo de aire de este tipo causa que después de muchos ciclos elimines todas las partículas o las reduzcas de manera drástica”, apuntó.

Pero las partículas suspendidas en el ambiente no son las únicas que se deben eliminar en el cuarto limpio, también será necesario que los usuarios utilicen ropa especial, con porosidades muy pequeñas que reducen la transferencia de partículas, a diferencia de las prendas convencionales.

“Lo único que estará descubierto son los ojos y se deben usar lentes”, advirtió el investigador.

Técnicas de fabricación

Víctor García refirió que cuando se trata de fabricación de nanodispositivos se deben elaborar patrones a nivel nanométrico y para ello el Cnyn adquirió equipo con la capacidad de reproducir los patrones, recurriendo a tres técnicas distintas.

Indicó que la primera de ellas es la fotolitografía, que consiste en la utilización de un patrón semitransparente grabado en el material previamente seleccionado para el dispositivo que se busca fabricar, que se recubre con material fotosensible.

“Al aplicar esa luz habrá secciones del recubrimiento que se van a eliminar y otras que no. Las que se iluminan se van a solidificar transfiriendo el grabado del molde hacia el sustrato”, describió el investigador.

Otra de las técnicas es la nanoimpresión, nombre que se le da porque el funcionamiento es similar al de una imprenta, pues se utiliza un molde que se presiona sobre el sustrato, previamente cubierto con una resina que puede ser modificada para hacerse sólida.

Víctor García Gradilla mencionó que la tercera técnica es la erosión iónica, que mediante un haz de iones forma surcos en el material o, en su defecto, hace depósitos para formar estructuras sobre la superficie, todo esto a nivel micro y nanométrico.

Con estas técnicas será posible contribuir con el desarrollo de una gran variedad de dispositivos que van desde sensores de gas, oxígeno o hidrógeno, hasta detectores de glucosa o de rayos ultravioleta, rayos gamma o alfa.

La escala micrométrica, el eslabón faltante

Si bien las técnicas que serán aplicadas en el Laboratorio de Nanofabricación son ampliamente conocidas por los investigadores del Cnyn, faltaba la infraestructura y equipo necesarios para extender el alcance del desarrollo tecnológico de la institución.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Óscar Edel Contreras López, responsable de Nanofab y director del Cnyn, relató que durante muchos años los estudios del centro se orientaron hacia el área de física de superficies.

“Para el 2009-2010, mucha de la tecnología que hacíamos era tecnología de segundo nivel, con la cual crecíamos nanomateriales con cierto propósito, artificialmente los fabricábamos para cierta aplicación pero no llegábamos al proceso de llevar a cabo la aplicación”, comentó.

Fue por ello que en 2010 surgió la idea de un laboratorio de nanofabricación, con el objetivo de que se convierta en un espacio donde los investigadores puedan desarrollar sus proyectos al siguiente nivel tecnológico y además converja la participación de la iniciativa privada.

“Nosotros manejábamos muy bien la parte nanométrica de poder crecer nanoestructuras, la parte milimétrica de sobra estaba muy bien pero estaba este hueco de la escala micrométrica, hacer patrones a escala de micras para poder llevar a cabo todos los procesos de mediciones eléctricas, aislamientos para evitar cortos circuitos, recubrimientos, esa parte no la teníamos”, precisó el director del Cnyn.

Red de laboratorios

Los 18.4 millones de pesos que a través del Programa de Laboratorios Nacionales destinó el Conacyt al proyecto de Nanofab fueron invertidos en el acondicionamiento y equipo del cuarto limpio.

Sin embargo, ahora el laboratorio entrará en una segunda fase en la que se busca el financiamiento para fortalecer su instrumentación y expandir su capacidad estableciendo una red con instituciones educativas como la Universidad Kino, la Universidad de Sonora (Unison), el Instituto Tecnológico de Ensenada —que forma parte del Tecnológico Nacional de México (Tecnm)— y algunas empresas como IMR Solutions y MxSpace Iniciativa Espacial Mexicana.

El doctor Óscar Contreras abundó que el objetivo de la red es que los procesos de fabricación en el cuarto limpio de la UNAM, campus Ensenada, lleguen hasta cierta etapa y después continúen en otros laboratorios, como el que se planea construir en Unison para realizar pruebas eléctricas.

“Aquí en Ensenada llegaremos a un punto de la fabricación equivalente a un wafer fab lab (laboratorio de fabricación en sustratos) y a través de una red regional de nuevos laboratorios, se tendrá la oportunidad de proseguir el procesamiento de los wafers para realizar análisis de fallas, pruebas eléctricas, corte, empaquetamiento y prototipado”, adelantó.

Además de continuar con la búsqueda de inversiones para el laboratorio, se prevé que en la segunda y tercera etapas comiencen a impartir capacitaciones para usuarios de la red Nanofab que tengan proyectos en desarrollo, así como cursos orientados a licenciatura y posgrados con el objetivo de que los estudiantes conozcan las técnicas y aprovechen los recursos del nuevo laboratorio.

Para la tercera y última fase del proyecto, se contempla iniciar con el desarrollo de prototipos y establecer convenios con la iniciativa privada para que la colaboración con el Cnyn se consolide en el Laboratorio Nacional de Nanofabricación.

Fuente: CONACYT.