Estudantes de física em curso de mestrado fabricam espécimes microscopicamente minúsculos em uma sessão de treinamento prático em uma sala limpa. Um relatório.
Imagine uma folha de papel, tamanho A4. Pegue um lápis e desenhe algo – uma casa, por exemplo, ou sua figura cômica favorita. Qualquer pessoa com experiência em desenhar coisas provavelmente não encontrará um grande desafio. Ou uma segunda ideia para brincar: imagine, mais uma vez, que você está fazendo seu desenho – mas desta vez em uma superfície cerca de 200 vezes menor que a folha de papel A4. Mesmo um artista que trabalha com a máxima precisão e o lápis mais afiado irá esbarrar nos seus limites. Na Münster Nanofabrication Facility (MNF), essas dimensões fazem parte do trabalho diário. Esta instalação na Universidade de Münster oferece aos pesquisadores a oportunidade de fabricar materiais microscopicamente minúsculos e realizar pesquisas sobre e com eles – nas salas limpas do Centro de Nanociência Suave (SoN) e do Centro de Nanotecnologia (CeNTech). Os estudantes de física também aproveitam os benefícios, por exemplo, no curso “Fundamentos da Nanofabricação”, do qual estou participando hoje como observador. O objetivo do período de treinamento prático de sete dias é ensinar aos alunos mais sobre como criar estruturas em nanoescala. A limpeza aqui é o não mais alémporque mesmo um único fio de cabelo ou partícula de poeira pode arruinar um experimento.
A preparação adequada é, portanto, ainda mais importante. Para a entrada na sala limpa, existem regulamentos precisos em relação ao vestuário, que todos devem cumprir meticulosamente: primeiro vem a rede para o cabelo, depois as galochas e a máscara facial. Usamos isopropil para limpar todos os itens que trazemos conosco. Dez minutos depois, visto minha roupa nova – e só agora posso entrar na sala limpa. Um processo trabalhoso para quem entra e sai da sala limpa várias vezes ao dia. “Isso certamente pode ser um pouco tedioso às vezes”, admite Mohammad Bilal Malik, doutorando que lidera o treinamento prático e que às vezes entra na sala limpa até quatro vezes por dia. No entanto, ele tem mais rotina do que eu e só precisa de cerca de três minutos para seguir todas as etapas de segurança.
“Bem-vindo à sala limpa”, diz Malik quando a porta se abre. Lâmpadas amarelas banham a sala limpa com luz quente. Isso é necessário, diz ele, porque os componentes ultravioleta da luz azul e branca são prejudiciais às amostras. A forma como a sala limpa é dividida me lembra o layout de um apartamento. Do saguão do meio, o laboratório de física fica à esquerda e à direita, e logo em frente fica a sala de gravura. Começo seguindo os alunos para a esquerda até a sala de preparação, onde os espécimes são preparados para tratamento posterior.
Durante os primeiros dias de treinamento prático, os alunos realizam pequenos experimentos para aprender mais sobre os fundamentos metodológicos da nanofabricação. Hoje, terceiro dia, começa o primeiro grande experimento – a produção de um diodo orgânico emissor de luz (OLED). Os fãs de eletrônicos provavelmente saberão disso. Essas fontes de luz microscopicamente minúsculas são incorporadas em monitores móveis e telas de TV, por exemplo. O princípio de fabricação de um OLED é facilmente explicado. Consiste em quatro camadas que são aplicadas uma após a outra sobre uma fina placa de vidro. Contatos de alumínio dispostos de forma retangular, fios feitos de óxido de índio e estanho (ITO), um semicondutor orgânico e fios de alumínio dispostos verticalmente aos fios ITO. Onde os fios se sobrepõem, um pixel é formado. Uma tela de televisão convencional consiste em milhares de pixels, mas os alunos começam em um nível inferior: seu objetivo é um OLED composto de oito pixels por doze.
Para produzir os contatos de alumínio, eles irradiam a placa de vidro revestida com fotorresistente com luz UV através de uma fotomáscara. Como resultado desse processo de fotolitografia, a luz atinge o fotorresistente apenas nos locais onde os contatos serão feitos. A luz UV faz com que o fotorresiste seja quebrado e removido, e um modelo é criado no qual os alunos aplicam alumínio em uma máquina chamada de pulverização catódica. A fonte de alimentação é ajustada para 300 watts e 500 volts por um minuto – e os contatos de alumínio logo ficam concluídos. Quando os alunos também realizam esse processo com os fios do ITO, tenho que olhar duas vezes. A razão é que, ao contrário dos contactos de alumínio, os fios não podem inicialmente ser vistos a olho nu. Pela primeira vez, começo a compreender as dimensões em que os físicos iniciantes trabalham aqui – porque um fio ITO tem apenas cerca de 100 nanômetros de espessura. Para efeito de comparação: um cabelo médio mede cerca de 0,07 milímetros, o que o torna 700 vezes mais grosso que o fio ITO. Portanto, não é de surpreender que um dos espécimes dos estudantes já tenha se quebrado. “Às vezes também acontece comigo”, diz Mohammad Bilal Malik. “Isso significa que depois de um tempo você realmente se torna muito cuidadoso.” Isso faz sentido quando você pensa que um momento de falta de atenção pode destruir o trabalho realizado nos dias anteriores.
Depois que os alunos concluírem o restante das etapas, eles testam a funcionalidade do LED. Para isso, eles instalaram uma fonte de energia em dois fios colocados verticalmente um em relação ao outro. Quando os semicondutores orgânicos previamente aplicados começam a brilhar no local onde se sobrepõem, o alívio sentido pelos alunos é palpável. Suas funções de espécime!
“Os estudantes apreciam realmente a sua formação prática em sala limpa – mas esta não é muito oferecida nas universidades alemãs”, diz-me Malik enquanto examinamos o equipamento utilizado para a litografia por feixe de electrões. Em comparação com a fotolitografia, esse processo é muito mais preciso e, por meio de um feixe de elétrons focado, pode escrever estruturas de apenas alguns nanômetros de largura no fotorresiste. Isso também faz parte do treinamento prático. Anteriormente, os alunos enviaram aos professores um desenho digital em preto e branco e um código QR de sua escolha. O dispositivo de litografia lê esse arquivo e o transfere para a amostra. Os alunos observam os resultados ao microscópio electrónico de varrimento – e agora os pixels de seis micrómetros de largura podem ser reconhecidos.
Um diodo emissor de luz microscopicamente pequeno e um código QR igualmente pequeno – bom para brincar, acho que depois da sessão de treinamento. Mas onde está o benefício? “Existem infinitas possibilidades de aplicações da nanofabricação”, diz o Dr. Juan Navarro-Arenas, pós-doutorado no grupo de trabalho do Prof. Carsten Schuck no Departamento de Tecnologia Quântica. Grandes quantidades de dados, por exemplo, podem ser transmitidas muito mais rapidamente usando fibras ópticas minúsculas do que através de cabos. Nesse processo, a luz é absorvida em pequenos detectores e convertida em impulsos elétricos. É muito importante nas áreas de comunicações e tecnologia de sensores com fótons individuais.
Não sou o único a ficar impressionado com as possibilidades – difíceis de compreender, mas, ao mesmo tempo, impressionantes – que a nanofabricação oferece. Os alunos também estão. “Foi um privilégio ter feito este treinamento prático”, diz Mehrzad Movafagh, um estudante de mestrado encantado. “Agora entendo melhor o lado teórico e também adquiri alguma rotina no manuseio dos equipamentos”, diz o jovem de 28 anos, que espera que esta não tenha sido a última vez que entrou em uma sala limpa. “A formação despertou a minha curiosidade pelos projetos de investigação do CeNTech”, acrescenta.
Dia da MNF
O Münster Nanofabrication Facility (MNF) é um parque de máquinas no oeste de Münster que é usado por pesquisadores nas áreas de ciências naturais, geociências e medicina. Todos os anos, investigadores e empresas que trabalham na área da nanofabricação e nanoanalítica, bem como outras partes interessadas, podem estabelecer contactos no MNF Day e participar em workshops e visitas a laboratórios. Há uma série de palestras que fornecem informações sobre as tendências atuais de pesquisa e campos de aplicação em nanotecnologia. Entre os palestrantes estão representantes de empresas fabricantes dos equipamentos utilizados nas salas limpas. A próxima data é 7 de novembro no CeNTech. O número de vagas é limitado e é necessária inscrição.