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Título

Nanoestructuras funcionales fabricadas mediante un haz de electrones o iones focalizado

AutorCórdoba, R.
DirectorSesé, J.; Teresa, José María de
Fecha de publicación2012
EditorUniversidad de Zaragoza
ResumenEl crecimiento inducido por un haz de electrones o de iones focalizado, FEBID y FIBID respectivamente, es una técnica novedosa que usa estos haces, normalmente de un microscopio electrónico de barrido/haz de electrones focalizado (SEM/FEB) o un haz de iones focalizado (FIB), para disociar un material precursor, creando un depósito de forma selectiva. Las ventajas de esta técnica respecto a las tradicionales son el crecimiento en una sola etapa sobre cualquier tipo de sustrato sea conductor o aislante, así como el control a escala y precisión nanométrica de la posición en el plano gracias al FEB, el ancho lateral y el espesor de las nanoestructuras. Estas técnicas desarrolladas en los últimos 30 años, ofrecen unas apasionantes perspectivas de futuro en un amplio rango de aplicaciones en nanotecnología, como por ejemplo en sistemas micro y nanoelectrónicos y, en estudios básicos en física de la materia condensada. En 2002 se observó que el crecimiento de cobalto mediante FEBID utilizando el octacarbonilo de dicobalto (Co2(CO)8) como material de partida, produce un material magnético. En 2004, Sadki y sus colaboradores descubrieron que las nanoestructuras de wolframio crecidas mediante FIBID (con una fuente de galio) utilizando el hexacarbonilo de wolframio (W(CO)6) como material de partida, genera un material superconductor con una temperatura crítica cercana a los 5 K. El mecanismo de crecimiento se puede considerar como un depósito químico en fase vapor asistido por un FEB o un FIB utilizando compuestos organometálicos como materiales precursores. Sin embargo, la descomposición del material precursor no es completa debido a las condiciones de trabajo, parámetros de crecimiento y la baja generación de electrones secundarios. Estos últimos son los principales responsables del proceso de descomposición del material precursor y, como consecuencia, del crecimiento de materiales. De esta forma, el material crecido está compuesto por el elemento deseable, cuya naturaleza normalmente es metálica, más carbono y oxígeno que provienen del material precursor y de especies contaminantes presentes en la cámara de vacío. Se han estudiado diferentes estrategias centradas en la purificación de estos depósitos para mejorar el contenido metálico y sus propiedades físicas sin embargo todavía estas propiedades están alejadas del equivalente en material masivo.
Los objetivos de esta tesis doctoral son la fabricación de nanoestructuras funcionales (ferromagnéticas, superconductoras, metálicas y semiconductoras) mediante el crecimiento inducido por un haz de electrones o iones focalizado y su posterior caracterización. La caracterización morfológica, estructural y composicional es común para todas ellas. Asimismo, estudiamos las propiedades de transporte eléctrico y las propiedades magnéticas en las nanoestructuras ferromagnéticas. En las nanoestructuras superconductoras, analizamos detalladamente la dinámica de vórtices mediante medidas de magnetotransporte; y examinamos los mecanismos de conducción eléctrica en las nanoestructuras de naturaleza metálica y semiconductora. La fabricación de nanoestructuras se llevó a cabo en un equipo Dual Beam compuesto por un SEM y un FIB, instalado en el Laboratorio de Microscopías Avanzadas-Instituto de Investigación de Nanociencia de Aragón de la Universidad de Zaragoza. Los materiales precursores utilizados en el crecimiento son generalmente de naturaleza organometálica. Concretamente, se utilizaron el Co2(CO)8 para crecer estructuras basadas en Co; el nonacarbonilo de dihierro, Fe2(CO)9 para las estructuras basadas en Fe; el W(CO)6 para las estructuras basadas en W; el metil ciclopentadienil trimetil platino, CH3PtCp(CH3)3 para las estructuras basadas en Pt. Las nanoestructuras fabricadas se caracterizaron mediante un amplio rango de técnicas. El SEM se utilizará para la visualización de las dimensiones de las nanoestructuras en el plano con una resolución nanométrica; la Espectroscopía de dispersión en energía de Rayos-X in-situ (EDS) es una técnica semicuantitativa para el análisis composicional de las nanoestructuras. La caracterización del espesor y uniformidad de las nanoestructuras se realizó mediante microscopía de fuerzas atómicas, AFM. Las técnicas de microscopía electrónica de transmisión, (S)TEM se emplearon para estudiar la microestructura en alta resolución (HRTEM) y la composición de los nanodepósitos en la nanoescala (EELS). Una vez que se hayan llevado a cabo las caracterizaciones morfológicas, estructurales y composicionales; estudiamos las propiedades de magnetotransporte eléctrico ex-situ en un amplio rango de temperaturas de 0.5 a 300 K y campo magnético aplicado ±9 T, en un sistema comercial PPMS de Quantum Design emplazado en el Servicio de Instrumentación Científica, Área de Medidas Físicas de la Universidad de Zaragoza.
URIhttp://hdl.handle.net/10261/121669
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