(PhysOrg.com) - Un paso clave en muchos procesos de nanofabricación es crear películas delgadas, a veces solo una molécula de espesor, por un método conocido como deposición de capa atómica. Investigadores de la Universidad de Cornell y Tel Aviv han desarrollado una nueva herramienta para que los nanofabricadores prueben las propiedades físicas de tales películas.

Las películas ultrafinas son cada vez más importantes en la construcción de microcircuitos. Sus características físicas a menudo determinan su comportamiento electrónico, así como su resistencia al desgaste.

Los investigadores han demostrado que diminutos voladizos resonantes, varillas de silicio ancladas en un extremo, como un pequeño trampolín:puede determinar la densidad de una película y su módulo de Young, una medida de resistencia a la flexión. El método ofrece varias ventajas sobre otros métodos de medir estas características de películas delgadas, los investigadores dijeron, y puede ser utilizado por cualquier investigador con acceso a capacidades de nanofabricación comparables a las de la instalación a nanoescala de Cornell.

El trabajo se informó en la edición del 15 de agosto de la Revista de física aplicada por el investigador asociado de Cornell Rob Ilic, Slava Krylov, profesor titular de la Universidad de Tel Aviv y ex profesor invitado en Cornell, y Harold Craighead, el profesor de ingeniería C.W. Lake Jr. en Cornell.

Los investigadores de Cornell han utilizado anteriormente pequeños voladizos vibrantes de solo unos pocos nanómetros (mil millonésimas de metro) de espesor para detectar la masa de objetos tan pequeños como un virus. Así como una cuerda de guitarra gruesa vibra con una nota más baja que una más fina, agregar masa a una varilla vibratoria cambia su frecuencia de vibración. Recubrir la varilla con una película delgada agrega una masa detectable, y de la masa y el espesor de la película, se puede determinar la densidad.

La película también cambia la resistencia del voladizo a la flexión. Para separar esta característica, los investigadores compararon las vibraciones en el plano (de lado a lado) y fuera del plano (arriba y abajo). La resistencia a la flexión en diferentes direcciones es notablemente diferente cuando la varilla vibratoria es ancha y delgada. Cuando la sección transversal de la varilla es cuadrada, no hay diferencia entre el movimiento hacia arriba y hacia abajo y de lado a lado.

Para probar su idea, los investigadores fabricaron una variedad de voladizos de seis a 10 micrones (millonésimas de metro) de largo, 45 nanómetros de espesor y con anchos que varían de 45 nanómetros a 1 micra. En varios experimentos, aplicaron películas de aluminio, nitruro de aluminio y hafnio de 21,2 a 21,5 nanómetros de espesor hasta la superficie de los voladizos.

Un rayo láser enfocado en la base de un voladizo suministra energía para hacerlo vibrar, y otro láser dirigido al final mide la vibración. Como un diapasón cada varilla tiene una frecuencia de resonancia a la que vibra, y eso depende de las dimensiones y características físicas del dispositivo. La comparación de la frecuencia de resonancia y algunos de sus armónicos antes y después de la aplicación de una película permitió a los investigadores calcular la densidad y el módulo de Young de la película.

Durante muchos experimentos, los cálculos concordaron bien con las predicciones teóricas y las características de las películas medidas por otros métodos. Algunos aspectos del método de fabricación de nanocantilevers podrían afectar los resultados, los investigadores encontraron, pero dijeron que la precisión podría mejorarse.

El trabajo fue apoyado por la Administración de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa, la National Science Foundation y el estado de Nueva York.