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Nanoelectrónica
Electrónica de una sola molécula
Nanoelectrónica de estado sólido
Enfoques relacionados
Un disparo (después de la metalización / remoción de la interconexión IC) del dado digital del SiTime SiT8008, un oscilador programable que alcanza precisión de cuarzo con alta confiabilidad y baja sensibilidad g. Los transistores a nanoescala y los componentes mecánicos a nanoescala (en una matriz separada) están integrados en el mismo paquete de chips. [1]

Los sistemas nanoelectromecánicos ( NEMS ) son una clase de dispositivos que integran la funcionalidad eléctrica y mecánica en la nanoescala . Los NEMS forman el siguiente paso lógico de miniaturización de los llamados sistemas microelectromecánicos o dispositivos MEMS. Los NEMS suelen integrar nanoelectrónica similar a un transistor con actuadores mecánicos, bombas o motores y, por lo tanto, pueden formar sensores físicos, biológicos y químicos . El nombre deriva de las dimensiones típicas del dispositivo en el rango nanométrico , lo que conduce a frecuencias de resonancia mecánica alta y baja masa, efectos mecánicos cuánticos potencialmente grandes , como el movimiento del punto cero.y una alta relación superficie-volumen útil para los mecanismos de detección basados ​​en la superficie. [2] Las aplicaciones incluyen acelerómetros y sensores para detectar sustancias químicas en el aire.

Historia [ editar ]

Antecedentes [ editar ]

Más información: Nanotecnología e Historia de la nanotecnología

Como señaló Richard Feynman en su famosa charla de 1959, " Hay mucho espacio en la parte inferior ", hay muchas aplicaciones potenciales de máquinas en tamaños cada vez más pequeños; al construir y controlar dispositivos a escalas más pequeñas, toda la tecnología se beneficia. Los beneficios esperados incluyen mayor eficiencia y tamaño reducido, menor consumo de energía y menores costos de producción en sistemas electromecánicos. [2]

En 1960, Mohamed M. Atalla y Dawon Kahng de Bell Labs fabricaron el primer MOSFET con un espesor de óxido de puerta de 100 nm . [3] En 1962, Atalla y Kahng fabricaron una nanocapa -base de unión de metal-semiconductor (M-S unión) transistor que usado oro (Au) películas delgadas con un espesor de 10 nm . [4] En 1987, Bijan Davari dirigió un equipo de investigación de IBM que demostró el primer MOSFET con un espesor de óxido de 10 nm.[5] Los MOSFET de múltiples puertas permitieron escalar por debajo de 20 nm de longitud de canal, comenzando con el FinFET . [6] se origina El FinFET de la investigación de Digh Hisamoto en Laboratorio Central de Investigación Hitachi en 1989. [7] [8] [9] [10] En UC Berkeley , un grupo dirigido por Hisamoto y TSMC 's Chenming Hu dispositivos FinFET fabricó hasta unalongitud de canal de 17  nm en 1998. [6]

NEMS [ editar ]

En 2000, investigadores de IBM demostraron el primer dispositivo NEMS de integración a muy gran escala (VLSI). [11] Su premisa era una serie de puntas AFM que pueden calentar / detectar un sustrato deformable para funcionar como un dispositivo de memoria. Stefan de Haan ha descrito otros dispositivos. [12] En 2007, la Hoja de ruta técnica internacional para semiconductores (ITRS) [13] contiene la memoria NEMS como una nueva entrada para la sección Dispositivos de investigación emergentes.

Microscopía de fuerza atómica [ editar ]

Una aplicación clave de NEMS son las puntas de los microscopios de fuerza atómica . La mayor sensibilidad lograda por NEMS conduce a sensores más pequeños y eficientes para detectar tensiones, vibraciones, fuerzas a nivel atómico y señales químicas. [14] Las puntas de AFM y otras detecciones a nanoescala dependen en gran medida de NEMS.

Enfoques de la miniaturización [ editar ]

Se pueden encontrar dos enfoques complementarios para la fabricación de NEMS. El enfoque de arriba hacia abajo utiliza los métodos tradicionales de microfabricación, es decir , ópticos , litografía por haz de electrones y tratamientos térmicos, para fabricar dispositivos. Aunque está limitado por la resolución de estos métodos, permite un gran grado de control sobre las estructuras resultantes. De esta manera, los dispositivos tales como nanocables , nanobarras y nanoestructuras modeladas se fabrican a partir de películas delgadas metálicas o capas semiconductoras grabadas . Para los enfoques de arriba hacia abajo, el aumento de la relación entre el área de la superficie y el volumen mejora la reactividad de los nanomateriales. [15]

Los enfoques de abajo hacia arriba, por el contrario, utilizan las propiedades químicas de moléculas individuales para hacer que los componentes de una sola molécula se autoorganicen o autoensamblen en alguna conformación útil, o dependan del ensamblaje posicional. Estos enfoques utilizan los conceptos de autoensamblaje molecular y / o reconocimiento molecular . Esto permite la fabricación de estructuras mucho más pequeñas, aunque a menudo a costa de un control limitado del proceso de fabricación. Además, si bien hay materiales residuales que se eliminan de la estructura original para el enfoque de arriba hacia abajo, se elimina o desperdicia un mínimo de material para el de abajo. enfoque hacia arriba. [15]

También se puede utilizar una combinación de estos enfoques, en la que las moléculas a nanoescala se integran en un marco de arriba hacia abajo. Un ejemplo de ello es el nanomotor de nanotubos de carbono . [ cita requerida ]

Materiales [ editar ]

Alótropos de carbono [ editar ]

Muchos de los materiales comúnmente utilizados para la tecnología NEMS han sido a base de carbono , específicamente diamante , [16] [17] nanotubos de carbono y grafeno . Esto se debe principalmente a las propiedades útiles de los materiales a base de carbono que satisfacen directamente las necesidades de NEMS. Las propiedades mecánicas del carbono (como el gran módulo de Young ) son fundamentales para la estabilidad de NEMS, mientras que las conductividades metálicas y semiconductoras de los materiales a base de carbono les permiten funcionar como transistores .

Tanto el grafeno como el diamante exhiben un alto módulo de Young, baja densidad, baja fricción, una disipación mecánica extremadamente baja [16] y una gran superficie. [18] [19] La baja fricción de los CNT permite cojinetes prácticamente sin fricción y, por lo tanto, ha sido una gran motivación hacia las aplicaciones prácticas de los CNT como elementos constitutivos de NEMS, como nanomotores , interruptores y osciladores de alta frecuencia. [19] Los nanotubos de carbono y la fuerza física del grafeno permiten que los materiales basados ​​en carbono cumplan con demandas de estrés más altas, cuando los materiales comunes normalmente fallarían y, por lo tanto, respaldarían aún más su uso como materiales principales en el desarrollo tecnológico de NEMS. [20]

Junto con los beneficios mecánicos de los materiales a base de carbono, las propiedades eléctricas de los nanotubos de carbono y el grafeno permiten que se utilice en muchos componentes eléctricos de NEMS. Se han desarrollado nanotransistores tanto para nanotubos de carbono [21] como para grafeno. [22] Los transistores son uno de los bloques de construcción básicos para todos los dispositivos electrónicos, por lo que al desarrollar transistores utilizables de manera efectiva, los nanotubos de carbono y el grafeno son cruciales para NEMS.

Los resonadores nanomecánicos suelen estar hechos de grafeno. A medida que los resonadores NEMS se reducen en tamaño, existe una tendencia general a una disminución en el factor de calidad en proporción inversa a la relación de superficie a volumen. [23] Sin embargo, a pesar de este desafío, se ha probado experimentalmente que alcanza un factor de calidad tan alto como 2400. [24]   El factor de calidad describe la pureza del tono de las vibraciones del resonador. Además, se ha predicho teóricamente que sujetar las membranas de grafeno en todos los lados produce un mayor número de calidad. El grafeno NEMS también puede funcionar como sensores de masa, [25] fuerza, [26] y posición [27] .

Nanotubos de carbono metálicos [ editar ]

Estructuras de banda calculadas utilizando aproximación de unión estrecha para (6,0) CNT ( zigzag , metálico), (10,2) CNT (semiconductor) y (10,10) CNT (sillón, metálico)

Los nanotubos de carbono (CNT) son alótropos de carbono con una nanoestructura cilíndrica. Pueden considerarse un grafeno enrollado . Cuando se enrolla en ángulos específicos y discretos (" quirales "), y la combinación del ángulo y el radio de balanceo decide si el nanotubo tiene una banda prohibida (semiconductora) o no tiene banda prohibida (metálico).

También se han propuesto nanotubos de carbono metálico para interconexiones nanoelectrónicas, ya que pueden transportar altas densidades de corriente. [20] Esta es una propiedad útil ya que los cables para transferir corriente son otro componente básico de cualquier sistema eléctrico. Los nanotubos de carbono han encontrado tanto uso específico en NEMS que ya se han descubierto métodos para conectar nanotubos de carbono suspendidos a otras nanoestructuras. [28] Esto permite que los nanotubos de carbono formen complejos sistemas nanoeléctricos. Debido a que los productos a base de carbono se pueden controlar adecuadamente y actuar como interconectores y como transistores, sirven como material fundamental en los componentes eléctricos de NEMS.

Conmutadores NEMS basados ​​en CNT [ editar ]

Una desventaja importante de los conmutadores MEMS sobre los conmutadores NEMS son las velocidades de conmutación de rango de microsegundos limitados de MEMS, lo que impide el rendimiento para aplicaciones de alta velocidad. Las limitaciones en la velocidad de conmutación y el voltaje de actuación se pueden superar reduciendo la escala de los dispositivos de una escala micro a nanométrica. [29] Una comparación de los parámetros de rendimiento entre los interruptores NEMS basados ​​en nanotubos de carbono (CNT) con su contraparte CMOS reveló que los interruptores NEMS basados ​​en CNT conservaban el rendimiento a niveles más bajos de consumo de energía y tenían una corriente de fuga subumbral varios órdenes de magnitud menor que esa. de conmutadores CMOS. [30] Los NEMS basados ​​en CNT con estructuras doblemente sujetadas se están estudiando más a fondo como posibles soluciones para aplicaciones de memoria no volátil de puerta flotante. [31]

Dificultades [ editar ]

A pesar de todas las propiedades útiles de los nanotubos de carbono y el grafeno para la tecnología NEMS, ambos productos enfrentan varios obstáculos para su implementación. Uno de los principales problemas es la respuesta del carbono a los entornos de la vida real. Los nanotubos de carbono exhiben un gran cambio en las propiedades electrónicas cuando se exponen al oxígeno . [32] De manera similar, otros cambios en los atributos electrónicos y mecánicos de los materiales basados ​​en carbono deben explorarse completamente antes de su implementación, especialmente debido a su gran área de superficie que puede reaccionar fácilmente con los entornos circundantes. También se encontró que los nanotubos de carbono tienen conductividades variables, ya sean metálicas o semiconductoras dependiendo de su helicidad cuando se procesan. [33] Debido a esto, se debe dar un tratamiento especial a los nanotubos durante el procesamiento para asegurar que todos los nanotubos tengan conductividades adecuadas. El grafeno también tiene propiedades de conductividad eléctrica complicadas en comparación con los semiconductores tradicionales porque carece de una banda prohibida de energía y esencialmente cambia todas las reglas sobre cómo se mueven los electrones a través de un dispositivo basado en grafeno. [22] Esto significa que es probable que las construcciones tradicionales de dispositivos electrónicos no funcionen y que se deben diseñar arquitecturas completamente nuevas para estos nuevos dispositivos electrónicos.

Acelerómetro nanoelectromecánico [ editar ]

Las propiedades mecánicas y electrónicas del grafeno lo han hecho favorable para la integración en acelerómetros NEMS, como pequeños sensores y actuadores para sistemas de monitoreo cardíaco y captura de movimiento móvil. El grosor de la escala atómica del grafeno proporciona una vía para que los acelerómetros se reduzcan de micro a nanoescala mientras se mantienen los niveles de sensibilidad requeridos por el sistema. [34]

Al suspender una masa a prueba de silicio en una cinta de grafeno de doble capa, se puede fabricar un transductor piezorresistivo y de masa de resorte a nanoescala con la capacidad de los transductores actualmente producidos en acelerómetros. La masa del resorte proporciona una mayor precisión y las propiedades piezorresistivas del grafeno convierten la tensión de aceleración en señales eléctricas para el acelerómetro. La cinta de grafeno suspendida forma simultáneamente el resorte y el transductor piezorresistivo, haciendo un uso eficiente del espacio y mejorando el rendimiento de los acelerómetros NEMS. [35]

Polidimetilsiloxano (PDMS) [ editar ]

Las fallas que surgen de una alta adherencia y fricción son motivo de preocupación para muchos NEMS. Los NEMS utilizan con frecuencia silicio debido a técnicas de micromecanizado bien caracterizadas; sin embargo, su rigidez intrínseca a menudo dificulta la capacidad de los dispositivos con partes móviles.

Un estudio realizado por investigadores del estado de Ohio comparó los parámetros de adhesión y fricción de un silicio monocristalino con una capa de óxido nativo con el recubrimiento de PDMS. PDMS es un elastómero de silicona altamente sintonizable mecánicamente, químicamente inerte, térmicamente estable, permeable a los gases, transparente, no fluorescente, biocompatible y no tóxico. [36]Inherente a los polímeros, el módulo de Young de PDMS puede variar en dos órdenes de magnitud al manipular el grado de reticulación de las cadenas de polímero, lo que lo convierte en un material viable en aplicaciones biológicas y NEMS. El PDMS puede formar un sello hermético con silicona y, por lo tanto, integrarse fácilmente en la tecnología NEMS, optimizando las propiedades mecánicas y eléctricas. Los polímeros como PDMS están comenzando a llamar la atención en NEMS debido a su fabricación y creación de prototipos comparativamente económicos, simplificados y eficientes en el tiempo. [36]

Se ha caracterizado que el tiempo de descanso se correlaciona directamente con la fuerza adhesiva, [37]y el aumento de la humedad relativa conducen a un aumento de las fuerzas adhesivas para los polímeros hidrófilos. Las mediciones del ángulo de contacto y los cálculos de la fuerza de Laplace respaldan la caracterización de la naturaleza hidrofóbica del PDMS, que se espera que se corresponda con su independencia de la humedad relativa verificada experimentalmente. Las fuerzas adhesivas de PDMS también son independientes del tiempo de reposo, son capaces de funcionar de manera versátil en diferentes condiciones de humedad relativa y poseen un coeficiente de fricción más bajo que el del silicio. Los recubrimientos PDMS facilitan la mitigación de problemas de alta velocidad, como la prevención de deslizamientos. Por tanto, la fricción en las superficies de contacto permanece baja incluso a velocidades considerablemente altas. De hecho, a microescala, la fricción se reduce al aumentar la velocidad.La hidrofobicidad y el bajo coeficiente de fricción de PDMS han dado lugar a su potencial para incorporarse aún más en los experimentos de NEMS que se llevan a cabo a humedades relativas variables y velocidades de deslizamiento relativas altas.[38]

Diafragma de sistemas nanoelectromecánicos piezorresistivos recubiertos de PDMS [ editar ]

PDMS se utiliza con frecuencia dentro de la tecnología NEMS. Por ejemplo, el recubrimiento de PDMS en un diafragma se puede utilizar para la detección de vapor de cloroformo. [39]

Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur inventaron un diafragma de sistema nanoelectromecánico recubierto de polidimetilsiloxano (PDMS) incrustado con nanocables de silicio (SiNW) para detectar vapor de cloroformo a temperatura ambiente. En presencia de vapor de cloroformo, la película de PDMS en el micro-diafragma absorbe las moléculas de vapor y, en consecuencia, se agranda, lo que lleva a la deformación del micro-diafragma. Los SiNW implantados dentro del micro-diafragma están conectados en un puente de Wheatstone, que traduce la deformación en un voltaje de salida cuantitativo. Además, el sensor de microdiafragma también demuestra un procesamiento de bajo costo con un bajo consumo de energía. Posee un gran potencial de escalabilidad, tamaño ultracompacto y compatibilidad con procesos CMOS-IC. Al cambiar la capa de polímero de absorción de vapor,Se pueden aplicar métodos similares que teóricamente deberían poder detectar otros vapores orgánicos.

Además de sus propiedades inherentes discutidas en la sección de Materiales, el PDMS puede usarse para absorber cloroformo, cuyos efectos se asocian comúnmente con la hinchazón y deformación del micro-diafragma; En este estudio también se midieron varios vapores orgánicos. Con una buena estabilidad al envejecimiento y un empaque adecuado, la tasa de degradación del PDMS en respuesta al calor, la luz y la radiación se puede ralentizar. [40]

NEMS biohíbrido [ editar ]

Artículo principal: máquina biológica
Un ribosoma es una máquina biológica que utiliza la dinámica de proteínas en nanoescalas.

El campo emergente de los sistemas biohíbridos combina elementos estructurales biológicos y sintéticos para aplicaciones biomédicas o robóticas. Los elementos constitutivos de los sistemas bio-nanoelectromecánicos (BioNEMS) son de tamaño nanométrico, por ejemplo, ADN, proteínas o piezas mecánicas nanoestructuradas. Los ejemplos incluyen la fácil nanoestructuración descendente de polímeros de tiol-eno para crear nanoestructuras reticuladas y mecánicamente robustas que posteriormente se funcionalizan con proteínas. [41]

Simulaciones [ editar ]

Las simulaciones por computadora han sido durante mucho tiempo contrapartes importantes de los estudios experimentales de dispositivos NEMS. A través de la mecánica continua y la dinámica molecular (MD), los comportamientos importantes de los dispositivos NEMS se pueden predecir mediante modelos computacionales antes de realizar experimentos. [42] [43] [44] [45] Además, la combinación de técnicas continuas y MD permite a los ingenieros analizar de manera eficiente la estabilidad de los dispositivos NEMS sin recurrir a mallas ultrafinas y simulaciones que requieren mucho tiempo. [42]Las simulaciones también tienen otras ventajas: no requieren el tiempo y la experiencia asociados con la fabricación de dispositivos NEMS; pueden predecir eficazmente las funciones interrelacionadas de varios efectos electromecánicos; y los estudios paramétricos se pueden realizar con bastante facilidad en comparación con los enfoques experimentales. Por ejemplo, los estudios computacionales han predicho las distribuciones de carga y las respuestas electromecánicas "pull-in" de los dispositivos NEMS. [46] [47] [48] ​​El uso de simulaciones para predecir el comportamiento mecánico y eléctrico de estos dispositivos puede ayudar a optimizar los parámetros de diseño del dispositivo NEMS.

Fiabilidad y ciclo de vida de NEMS                                                                 [ editar ]

Fiabilidad y desafíos [ editar ]

La confiabilidad proporciona una medida cuantitativa de la integridad y el rendimiento del componente sin fallas durante una vida útil específica del producto. La falla de los dispositivos NEMS se puede atribuir a una variedad de fuentes, como factores mecánicos, eléctricos, químicos y térmicos. La identificación de los mecanismos de falla, la mejora del rendimiento, la escasez de información y los problemas de reproducibilidad se han identificado como desafíos importantes para lograr niveles más altos de confiabilidad para los dispositivos NEMS. Tales desafíos surgen durante las etapas de fabricación (es decir, procesamiento de obleas, embalaje, ensamblaje final) y las etapas posteriores a la fabricación (es decir, transporte, logística, uso). [49]

Embalaje                                                  [ editar ]

Los desafíos de empaque a menudo representan entre el 75% y el 95% de los costos generales de MEMS y NEMS. Los factores de corte en cubitos de obleas, grosor del dispositivo, secuencia de liberación final, expansión térmica, aislamiento de tensión mecánica, disipación de energía y calor, minimización de fluencia, aislamiento de medios y recubrimientos protectores se consideran en el diseño del empaque para alinearse con el diseño del componente MEMS o NEMS. . [50] El análisis de delaminación, el análisis de movimiento y las pruebas de por vida se han utilizado para evaluar las técnicas de encapsulación a nivel de oblea, como la encapsulación de capa a oblea, oblea a oblea y encapsulación de película delgada. Las técnicas de encapsulación a nivel de oblea pueden mejorar la confiabilidad y aumentar el rendimiento de los micro y nanodispositivos. [51]

Fabricación [ editar ]

Evaluar la confiabilidad de NEMS en las primeras etapas del proceso de fabricación es esencial para mejorar el rendimiento. Las formas de las fuerzas superficiales, como la adhesión y las fuerzas electrostáticas, dependen en gran medida de la topografía de la superficie y la geometría de contacto. La fabricación selectiva de superficies nano-texturizadas reduce el área de contacto, mejorando tanto la adherencia como el rendimiento de fricción para NEMS. [52] Además, la implementación de nanopost en superficies diseñadas aumenta la hidrofobicidad, lo que lleva a una reducción tanto de la adherencia como de la fricción. [53]

La adhesión y la fricción también se pueden manipular mediante nanopatrones para ajustar la rugosidad de la superficie para las aplicaciones adecuadas del dispositivo NEMS. Investigadores de la Universidad Estatal de Ohio utilizaron microscopía de fuerza atómica / de fricción (AFM / FFM) para examinar los efectos del nanopatrón en la hidrofobicidad, la adhesión y la fricción de polímeros hidrófilos con dos tipos de asperezas modeladas (relación de aspecto baja y relación de aspecto alta). Se encuentra que la rugosidad en superficies hidrófilas frente a superficies hidrófobas tiene relaciones inversamente correlacionadas y directamente correlacionadas, respectivamente. [54]

Debido a su gran área de superficie a relación de volumen y sensibilidad, la adherencia y la fricción pueden impedir el rendimiento y la confiabilidad de los dispositivos NEMS. Estos problemas tribológicos surgen de la reducción natural de estas herramientas; sin embargo, el sistema se puede optimizar mediante la manipulación del material estructural, las películas superficiales y el lubricante. En comparación con las películas de polisilicio o Si sin dopar, las películas de SiC poseen la salida de fricción más baja, lo que resulta en una mayor resistencia al rayado y una funcionalidad mejorada a altas temperaturas. Los recubrimientos de carbono duro tipo diamante (DLC) exhiben baja fricción, alta dureza y resistencia al desgaste, además de resistencias químicas y eléctricas. Rugosidad, factor que reduce la humectación y aumenta la hidrofobicidad,se puede optimizar aumentando el ángulo de contacto para reducir la humectación y permitir una baja adhesión e interacción del dispositivo a su entorno.[55]

Las propiedades del material dependen del tamaño. Por lo tanto, analizar las características únicas en NEMS y materiales a nanoescala se vuelve cada vez más importante para mantener la confiabilidad y la estabilidad a largo plazo de los dispositivos NEMS. [56] Algunas propiedades mecánicas, como la dureza, el módulo elástico y las pruebas de flexión, de los nanomateriales se determinan mediante el uso de un nano indentador en un material que se ha sometido a procesos de fabricación. Sin embargo, estas mediciones no consideran cómo funcionará el dispositivo en la industria bajo tensiones y tensiones prolongadas o cíclicas. La estructura theta es un modelo NEMS que exhibe propiedades mecánicas únicas. Compuesta de Si, la estructura tiene una alta resistencia y es capaz de concentrar tensiones a nanoescala para medir ciertas propiedades mecánicas de los materiales. [57]

Estrés residual [ editar ]

Para aumentar la confiabilidad de la integridad estructural, la caracterización tanto de la estructura del material como de las tensiones intrínsecas a escalas de longitud adecuadas se vuelve cada vez más pertinente. [58] Los efectos de las tensiones residuales incluyen, entre otros, fracturas, deformaciones, delaminación y cambios estructurales de tamaño nanométrico, que pueden provocar fallos de funcionamiento y deterioro físico del dispositivo. [59]

Las tensiones residuales pueden influir en las propiedades eléctricas y ópticas. Por ejemplo, en diversas aplicaciones fotovoltaicas y de diodos emisores de luz (LED), la energía de banda prohibida de los semiconductores se puede ajustar en consecuencia por los efectos de la tensión residual. [60]

La microscopía de fuerza atómica (AFM) y la espectroscopía Raman se pueden utilizar para caracterizar la distribución de tensiones residuales en películas delgadas en términos de imágenes de volumen de fuerza, topografía y curvas de fuerza. [61] Además, la tensión residual se puede utilizar para medir la temperatura de fusión de las nanoestructuras mediante el uso de calorimetría de barrido diferencial (DSC) y difracción de rayos X dependiente de la temperatura (XRD). [60]

Futuro [ editar ]

Los obstáculos clave que actualmente impiden la aplicación comercial de muchos dispositivos NEMS incluyen bajos rendimientos y alta variabilidad de la calidad del dispositivo. Antes de que los dispositivos NEMS puedan implementarse realmente, deben crearse integraciones razonables de productos basados ​​en carbono. Se ha demostrado un paso reciente en esa dirección para el diamante, logrando un nivel de procesamiento comparable al del silicio. [62] El enfoque se está desplazando actualmente del trabajo experimental hacia aplicaciones prácticas y estructuras de dispositivos que implementarán y se beneficiarán de estos dispositivos novedosos. [19] El próximo desafío a superar implica comprender todas las propiedades de estas herramientas a base de carbono y utilizar las propiedades para hacer NEMS eficientes y duraderos con bajas tasas de falla. [48]

Los materiales a base de carbono han servido como materias primas para el uso de NEMS, debido a sus excepcionales propiedades mecánicas y eléctricas. [ cita requerida ]

Se prevé que el mercado mundial de NEMS alcance los 108,88 millones de dólares en 2022. [63]

Aplicaciones [ editar ]

Relé nanoelectromecánico [ editar ]

Espectrómetro de masas de sistemas nanoelectromecánicos [ editar ]

Voladizos de base nanoelectromecánica [ editar ]

Investigadores del Instituto de Tecnología de California desarrollaron un voladizo basado en NEM con resonancias mecánicas hasta frecuencias muy altas (VHF). La incorporación de transductores de desplazamiento electrónicos basados ​​en una película metálica delgada piezorresistiva facilita una lectura inequívoca y eficiente del nanodispositivo. La funcionalización de la superficie del dispositivo mediante una fina capa de polímero con un alto coeficiente de partición para las especies objetivo permite que los voladizos basados ​​en NEMS proporcionen mediciones de quimisorción a temperatura ambiente con una resolución de masa de menos de un attogramo. Se han aprovechado otras capacidades de los voladizos basados ​​en NEMS para las aplicaciones de sensores, sondas de exploración y dispositivos que operan a muy alta frecuencia (100 MHz). [64]

Referencias [ editar ]

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