Cientistas atualizaram um microscópio de tunelamento para espionar átomos de silício

A redução da etapa de projeção da litografia semicondutora nos obriga a olhar mais de perto para materiais promissores, até mesmo a analisar o arranjo de átomos individuais. Um microscópio de tunelamento de varredura geralmente dá conta dessa tarefa. Mas suas capacidades não são ilimitadas e, em alguns casos, não é capaz de distinguir átomos individuais, o que é crítico para a análise dos chamados defeitos nas redes cristalinas. Cientistas dos EUA encontraram uma solução para este problema.

O lodo do microscópio paira sobre a superfície. O feixe de laser atinge a área que está sendo estudada e provoca uma resposta. Fonte da imagem: Universidade Estadual de Michigan

Um microscópio de tunelamento de varredura é uma agulha com ponta atomicamente fina. Ele passa sobre a superfície do material que está sendo estudado como uma agulha de um toca-discos ao longo da ranhura de um toca-discos de vinil. Somente a agulha do microscópio não toca a superfície. Os próprios elétrons saltam dos átomos do material e entram na agulha, excitando uma corrente elétrica nela. A contagem de elétrons (medições de corrente) e os cálculos revelam muito sobre a amostra que está sendo analisada. Mas em alguns casos isso não funciona.

Em particular, um microscópio de tunelamento de varredura não percebe bem os átomos de silício. Para um elétron, um átomo de silício é quase como um buraco profundo do qual ele não pode sair ou sobrevoar. Muitas pesquisas teóricas foram realizadas sobre este assunto, mas na prática, trabalhar com silício e, principalmente, com defeitos à base de silício tem se mostrado difícil. Enquanto isso, defeitos na forma de átomos de silício embutidos na estrutura cristalina do arsenieto de gálio são uma das áreas promissoras da eletrônica do futuro. Cada um desses defeitos é responsável pelas características das correntes através do semicondutor, o que possibilitará a criação de transistores muito, muito pequenos.

Cientistas da Universidade de Michigan (Michigan State University) descobriram uma maneira de forçar os átomos a mostrarem suas verdadeiras cores. Eles combinaram a análise de material com um microscópio de tunelamento e um laser terahertz. Descobriu-se que quando a frequência de vibração do laser coincide com a frequência de vibração do átomo de silício na rede cristalina do arsenieto de gálio, ocorre uma ressonância e aparece uma forte resposta. Na verdade, eles foram os primeiros a detectar átomos individuais de silício na superfície de outro material. Obviamente, um método semelhante pode ser utilizado para trabalhar com outros materiais, estudando na prática o que era conhecido apenas por cálculos teóricos.

«Temos vários projetos abertos onde utilizamos essa técnica com mais materiais e com materiais mais exóticos”, afirmam os autores. “Essencialmente, incorporamos isso em tudo o que fazemos e o usamos como tecnologia padrão.”

«Esses materiais nanoscópicos são o futuro dos semicondutores, concluem os pesquisadores. “Quando você tem eletrônica em nanoescala, é muito importante garantir que os elétrons possam se mover da maneira que você deseja.”