O engenheiro elétrico Stefanos Andreou construiu um sensor com uma precisão extraordinária, menor que o tamanho de um átomo.

Para tornar os computadores mais rápidos, você precisa de chips menores. O candidato ao doutorado, nascido em Chipre, Stefanos Andreou, construiu um sensor com o qual as deformações que medem menos do que a largura de um átomo podem ser medidas. O fabricante de máquinas de chips ASML pode usar essa tecnologia para melhorar a precisão de suas máquinas.

Usando as máquinas mais recentes do ASML, podem ser produzidos chips de computador cujos detalhes não medem mais do que um punhado de nanômetros. Não é uma conquista média quando você considera que um milhão de nanômetros cabem em um único milímetro. Os circuitos elétricos em um chip como este são produzidos usando litografia:um padrão é gravado em uma fatia de silício com a ajuda da luz ultravioleta. Como a produção de chips requer o empilhamento de vários padrões uns sobre os outros, o posicionamento da fatia de silício (mais conhecido como wafer) é uma questão de grande precisão.

Mesmo a menor deformação das bolachas causa problemas, explica o doutorando Stefanos Andreou. "Essas bolachas são bastante rígidas, mas porque eles são movidos a uma velocidade tão grande, eles estão sujeitos a forças g que os deformam levemente. Medir essa deformação dá ao ASML a oportunidade de compensá-la de uma ou outra forma, e abre a possibilidade de produzir chips ainda menores. "Isso levou o cipriota a dedicar seu trabalho de Ph.D. ao projeto de um sensor especial, com base em uma fibra de vidro, capaz de medir essas deformações de cerca de um nanômetro por metro.

Precisão extraordinária

A ideia por trás desse sensor superpreciso é que desvios na frequência da luz do laser podem ser medidos com precisão extraordinária - um princípio que é aplicado no que é conhecido como Rede de Fibra de Bragg - uma espécie de fibra de vidro tratada de tal forma que torna-se opaco para uma cor muito específica (leia-se:frequência) de luz. Essa frequência de ressonância, como é chamada, depende da extensão em que a fibra é esticada.

Consequentemente, uma grade de Bragg de fibra (FBG), aplicado às peças móveis na máquina de chip, pode ser usado como uma medida da deformação do wafer, explica Andreou. Assistido pelo aluno de mestrado Roel van der Zon, ele mesmo agora é um Ph.D. candidato em Valência, Andreou testou um sistema de medição baseado neste tipo de sensor FBG no laboratório. "Na prática, o ASML precisaria de dezenas desses sensores, mas isso não é problema:eles podem ser produzidos de forma barata e pesar quase nada. "

O doutorando faz questão de apontar que a precisão que alcançaram de 5 nanômetros por metro significa que no próprio sensor - apenas alguns centímetros de comprimento - uma deformação de algumas dezenas de picômetros pode ser medida. "Isso é menor que o diâmetro de um átomo!" Antes que esse nível improvável de precisão pudesse ser alcançado, Contudo, vários problemas tiveram que ser resolvidos.

Temperatura

Em primeiro lugar, técnicas sofisticadas de estabilização eram necessárias para garantir que a luz laser usada - gerada por um chip fotônico produzido pela Smart Photonics, um spin-off do grupo de pesquisa de Integração Fotônica, onde Andreou conduziu sua pesquisa - tinha exatamente a frequência certa. Mas talvez o maior desafio tenha sido o fato de que a frequência de ressonância do sensor não depende apenas da deformação, mas também a temperatura. "Esse efeito é realmente muito maior, "explica Andreou." Quando a temperatura muda em um milésimo de grau Celsius, causa um desvio na medida equivalente a dez nanômetros de deformação por metro. "

Para compensar as inevitáveis ​​flutuações de temperatura, Andreou dividiu a luz laser usada para a medição em dois componentes:"Para cada um desses componentes, ou estados de polarização, a fibra exibe uma relação diferente entre a temperatura e a frequência de ressonância. "Isso cancela o efeito da temperatura, tornando possível determinar a deformação com muita precisão. Cerca de dez vezes mais precisão do que costumava ser possível, de acordo com o doutorando. "E assim que o sistema estiver totalmente otimizado, deve ser possível melhorar isso. "

Mas o próprio cipriota não está mais focado neste desafio; ele agora trabalha como pós-doutorado na TU Delft. "A ASML entregou alguns dos equipamentos usados ​​em meu projeto e agora um projeto de acompanhamento com ASML está em andamento. Portanto, meu trabalho está sendo desenvolvido."