1 LIBRO 01-32 - phantomsnet.net

1 NANOMETROLOG A Emilio Prieto Lugar y fecha de nacimiento: Madrid (Espa a), 3 de Septiembre de 1956. Formaci n:Ingeniero del ICAI en 1981. Ing. Industrial por la Univ. Polit cnica de Madrid en 1982 (Rev lida). Doctorado (F sica Aplicada a la Ingenier a) en la misma universidad. Diploma de Estudios Avanzados en 2003. Tesis sobre Desarrollo de Comparador Interferom trico Universal para la calibraci n de patrones materializados de longitud . Carrera Profesional: En 1982 ingresa en la Comisi n Nacional de Metrolog a y Metrot cnia. De 1987 a 1994 es responsable del Laboratorio de Metrolog a Dimensional de la 1994 es Jefe del rea de Longitud del Centro Espa ol de Metrolog a. Experto en metrolog a de longitudes, t cnicas de medida y estimaci n de incertidumbres, es miembro del Comit Consultivo de Longitud (CCL) y del de Unidades (CCU), del Comit Internacional de Pesas y Medidas, persona de contacto sobre Longitud en EURAMET, organizaci n que engloba a los Institutos Nacionales de Metrolog a europeos, yrepresentante de Espa a ante IMEKO, International Measurement Confederation.

2 Miembro de la International Society for Optical Engineering (SPIE), de la Red NanoSpain, de los Comit s de Metrolog a Dimensional de ENAC y CTN82 de AENOR y Presidente del grupo AENOR GET15 sobre normalizaci n en Nanotecnolog as. 1. Introducci n La determinaci n cuantitativa de propiedades de micro y nanoestructuras esesencial en la I+D y un requisito previo para el aseguramiento de la calidad y el controlde procesos industriales. El conocimiento de las dimensiones geom tricas de las estructuras es la base a la que est n ligadas otras propiedades f sicas y qu micas. Lamedici n cuantitativa presupone contar con instrumentos de medida exactos y fiables, trazados a patrones de nivel metrol gico superior, junto con patrones de calibraci n yprocedimientos de medida ampliamente aceptados1. Cualquier nanosistema basado en dispositivos el ctricos, pticos, magn ticos,mec nicos, qu micos o biol gicos requiere de medios metrol gicos para caracterizarpar metros cr ticos como dimensiones, composici n, rigidez, rugosidad, concentraci n de dopantes, coercitividad magn tica y otros.

3 Las nanoestructuras requieren un controldimensional exacto para garantizar su correcta fabricaci n y funcionalidad. Los sistemas organizados requieren generalmente alg n tipo de v a decomunicaci n entre dispositivos (hilos, gu as pticas, transmisores qu micos, etc.), lo que a su vez requiere un control exhaustivo del dimensionado y posicionamiento de losconductos y las interfases. As , un nanotubo de carbono empleado en un circuito puede generar un circuito abierto, en caso de que sea demasiado corto, o uncortocircuito en un circuito pr ximo, en caso de ser demasiado largo2. La nanometrolog a, ciencia de la medida aplicada a la nanoescala (< 100 nm) juega pues un papel esencial en la producci n de nanomateriales y dispositivos nanom tricos, al permitir determinar no s lo dimensiones cr ticas, con incertidumbresinferiores al nan metro, sino fuerzas, masas, propiedades pticas, el ctricas ymagn ticas, etc.

4 Esta realidad ha sido reconocida por gobiernos, instituciones de investigaci n y el sector privado en todo el mundo. As , laUS National Nanotechnology Initiative ha considerado la investigaci n sobre instrumentaci n, metrolog a y normas dentro de sus prioridades, defini ndola como paso crucial para la comercializaci n de la nanotecnolog a 3. Tambi n el VIII Informe Nanoforum sobre Nanometrolog a4apunta en la misma direcci n, mostrando a la nanometrolog a como el n cleo de la nanociencia y la nanotecnolog a. La propia Comisi n Europea5 afirma que para que la UE pueda desarrollar todoel potencial comercial de la nanotecnolog a, la industria y la sociedad requieren demedios de caracterizaci n cuantitativa y t cnicas de medici n fiables, tal que sostengan la competitividad y la confianza en los futuros productos y de los esfuerzos actuales en investigaci n no est n teniendo xito ni lotendr n si no existen medios para trasladar estas tecnolog as al plano industrial.

5 Lainfraestructura petrol gica necesaria en todo proceso productivo, es a n muy d bil,1 Nanoscale Metrology, Editorial, Meas. Sci. Technol. 18 (2007). 2 The critical role of metrology in nanotechnology. Schattenburg, Smith, Proc. SPIE, Vol. 4608, p. 116, Workshop on Nanostructure Science, Metrology and Technology, Gaithersburg, Maryland, 5-7 September 2001. 3 The National Nanotechnology Initiative: Research and Development Leading to a Revolution in Technology and Industry (2006) Subcommittee on Nanoscale Science, Engineering and Technology, Committee on Technology, National Science and Technology Eighth Nanoforum Report on Nanometrology, Julio 2006, Towards a European Strategy for Nanotechnology (2004) European Commission, inexistente en algunos casos, por lo que debe darse prioridad al desarrollo de lananometrolog a6, sin la que la revoluci n de la nanotecnolog a est muerta en elagua 7. Precisamente, la nanotecnolog a no ha eclosionado en forma de producci nindustrial masiva, en gran parte debido a que no existe un desarrollo paralelo de lametrolog a necesaria, ni una toma de conciencia sobre la importancia de sta por parte de los investigadores, desarrolladores de productos y financiadores de la I+D.

6 Todas las revoluciones industriales han requerido una infraestructura metrol gica apropiada, y la nanotecnolog a no es una excepci n a dicha regla []8. Al enfrentarnos a la nanotecnolog a descubrimos sin embargo que la metrolog a existentees adecuada para el campo micro pero no para el campo nano, lo que impide pasar delcentro de investigaci n a la producci n masiva. Por ejemplo, aunque en muchos procesos de nanofabricaci n se empleanmicroscopios electr nicos o interfer metros l ser de alta resoluci n, se observa grandispersi n en las caracter sticas de las fabricaciones, fruto de la falta de exactitud yreproducibilidad de los sistemas de medida y posicionado, y de la dificultad de contarcon patrones de calibraci n adecuados a la nanoescala. No es sencillo crear una infraestructura metrol gica adecuada, dada la granvariedad de aplicaciones y desarrollos de la nanotecnolog a; sin embargo, tampoco se hab an dado pasos claros en este sentido, debido a que los financiadores de los planesde I+D, incomprensiblemente, no hab an detectado dicha necesidad.

7 Solorecientemente, tras la constituci n de EURAMET por parte de los Laboratorios Nacionales de Metrolog a europeos, la Uni n Europea ha decidido financiar a trav s deun llamamiento espec fico, el EMRP (European Metrology Research Programme)9, proyectos de investigaci n tendentes a mejorar la infraestructura metrol Estado del arte general Los instrumentos y t cnicas de medici n empleados en la nanoescala sonmuchos y variados: Exploraci n por sonda (STM, SPM, AFM, KPM, LFM, CMM), Haz de iones (AES, IBA, SIMS), Haz electr nico (TEM, HRTEM, SEM, EELS, AES), M todos pticos (NSOM, Raman, DLS), Rayos X (XPS, SRD, XPS, EDX), T cnicas electro-magn ticas (SET, ELM, MFM, SCM, SKPM, C-AFM), m todos mec nicos(nanoindentaci n), etc. Estos equipos deben hallarse correctamente calibrados para que puedan dartodas sus prestaciones metrol gicas pero, en muchos casos, simplemente no existen patrones adecuados para calibrar los equipos, y en otros, carecen de trazabilidad o no especifican la incertidumbre asociada al par metro que materializan.

8 Ello hace que la comparaci n entre resultados y m todos resulte imposible, afectando tanto a la 6 The critical role of metrology in nanotechnology. Schattenburg, Smith, Proc. SPIE, Vol. 4608, p. 116, Workshop on Nanostructure Science, Metrology and Technology, Gaithersburg, Maryland, 5-7 September 2001. 7 Nanometrology in Nanomanufacturing, Schattenburg, NASA Tech Briefs, Nanotech 2003 Conference, Massachusetts, Oct. 23, 2003. 8 The critical role of metrology in nanotechnology. Schattenburg, Smith, Proc. SPIE, Vol. 4608, p. 116, Workshop on Nanostructure Science, Metrology and Technology, Gaithersburg, Maryland, 5-7 September 2001. 9 n, como a la producci n de dispositivos nanom tricos, al obtenerse unaamplia dispersi n de resultados y por tanto, una falta de reproducibilidad. La dificultad de contar con patrones adecuados deriva de que su propiafabricaci n requiere t cnicas y equipos similares a los empleados en nanofabricaci n,pero modificados desde el punto de vista metrol gico, a fin de cancelar errores yfuentes de incertidumbre.

9 En el caso ideal, la incertidumbre de medida de un equipo deber a ser 10 veces inferior a la tolerancia permitida al mensurando pero en la nanoescala, en bastantes ocasiones, la incertidumbre es pr cticamente de la mismamagnitud que el propio mensurando. La contribuci n a la creaci n de la infraestructura metrol gica necesaria est siendo acometida desde hace unos pocos a os por los principales Institutos Nacionales de Metrolog a (INM), a trav s de Programas de Investigaci n, como el CriticalDimension and Overlay Program del NIST, dirigido a solucionar los problemas de medida de la industria de semiconductores, apuntados en el International Technology Roadmap for Semiconductors, ed. 2005, o el Nanometrology Program del Materials Science and Engineering Laboratory (MSEL)10. En Europa, el Reino Unido con el Nanometrology Technology Roadmap11, apoyado desde el DTI (Department of Trade and Industry), Alemania, Italia y Suiza, con programas en los que sus Institutos Nacionales de Metrolog a (PTB, INRIM,METAS) juegan un papel fundamental de liderazgo, y que han permitido obtener yadesarrollos importantes, como las -CMM o los MAFM (AFM metrol gicos)12.

10 Tambi n se ha comenzado a trabajar con ah nco en el desarrollo de normaspara la aplicaci n de m todos comunes de medici n y caracterizaci n, contribuyendoas a la obtenci n de resultados de medida reproducibles y comparables, algo vital paralos procesos industriales13. En la actualidad, tanto ISO (TC 229) como CEN (TC 352) est n trabajando en laobtenci n de normas aplicables a las nanotecnolog as. Ambos Comit s est n divididos en tres grupos de trabajo: el primero, dedicado a Nomenclatura y Terminolog a; elsegundo, a Medici n y Caracterizaci n, y el tercero dedicado a Salud, Seguridad yMedio Ambiente, incluyendo Toxicolog a. Los trabajos desarrollados hasta el momento van encaminados a la generaci n de normas sobre caracterizaci n de nanotubos depared sencilla y m ltiple, y de nanopart culas. Espa a se ha incorporado recientemente a los trabajos de estos Comit s T cnicos a trav s del Grupo GET 15, creado por AENOR, desde donde se contribuye, con la colaboraci n de expertos de la Universidady la Empresa, a la creaci n de las futuras normas internacionales y europeas.