Dispositivo y método para la determinación de características eléctricas de nanocontactos entre una nanoestructura longitudinal y una pista de metal para su conexionado.

El dispositivo y método objeto de la invención permiten determinar la resistencia de contacto de un nanocontacto entre una nanoestructura longitudinal y una pista de metal para caracterizar dicho nanocontacto y poder estimar su conexionado sin dañar la nanoestructura y sin que la medición se vea afectada por la influencia de resistencias parásitas.

Dispositivo y método para la determinación de características eléctricas de nanocontactos entre una nanoestructura longitudinal y una pista de metal para su conexionado.

Objeto de la invención

El objeto principal de la presente invención es un dispositivo y un método de utilización del mismo para la realización de medidas de resistencia de contacto en contactos entre nanoetructuras y pistas metálicas.

Antecedentes de la invención

Las técnicas para la medida de parámetros eléctricos en dispositivos microelectrónicos se han desarrollado hasta la fecha de forma exhaustiva en el ámbito de la investigación y la fabricación microelectrónicas. Sin embargo, estas técnicas no son siempre aplicables directamente en el campo de los nanodispositivos, como son por ejemplo los basados en nanoestructuras longitudinales tales como nanohilos, natubos, etc.

En la actualidad numerosos grupos de investigación están trabajando intensivamente en el desarrollo de nuevos dispositivos que basan su funcionamiento en las características eléctricas de nanotubos o nanohilos fabricados y funcionalizados de muy diversas formas. Sin embargo, en todos los casos es necesario contactar eléctricamente el nanotubo o nanohilo para poder poner de manifiesto la información que proporcionan a través de sus características eléctricas. Este contacto eléctrico se puede implementar con diversas tecnologías, pero siempre tendrá una determinada influencia sobre las medidas eléctricas. Así pues, es de gran importancia caracterizar adecuadamente el contacto eléctrico entre el sistema de metalización que permite el acceso externo y el propio nanotubo o nanohilo.

Los trabajos publicados hasta la fecha en los que se realizan medidas destinadas a la obtención de la resistencia de contacto entre un nanotubo o nanohilo y una pista metálica utilizan todos ellos una serie de medidas indirectas que permiten calcular finalmente la resistencia de contacto. Además, las diferentes medidas se realizan sobre diferentes contactos, que se suponen todos ellos con la misma resistencia, no permitiendo estos métodos la medida de un contacto único de forma individualizada y precisa.

Por el contrario, el método propuesto permite la medida de la resistencia que presenta un único contacto individualizado entre el nanotubo o el nanohilo y el metal con una gran precisión, ya que utiliza la técnica de medida de resistencia de cuatro hilos, por lo que las resistencias parásitas debidas a cables, contacto con los pads de medida, e incluso las resistencias de los otros contactos entre el nanohilo o nanotubo y el metal, no influyen en el resultado final obtenido.

Este método está inspirado en la "estructura Kelvin", una estructura de test utilizada en el campo de la microelectrónica para la determinación de la resistencia de contacto existente entre dos niveles conductores.

Descripción de la invención

Se presenta un dispositivo y un método para la medida de la resistencia de contacto entre una nanoestructura, siendo ésta una nanoestructura longitudinal como por ejemplo un nanotubo o un nanohilo, y una pista de metal.

La nanoestructura longitudinal, debe contactar en tres puntos, debiendo dar acceso el primer y tercer puntos a un pad cada uno (zona extensa de metal para poder contactar desde el exterior con una punta de medida), mientras que el segundo debe dar acceso a dos pads, situados cada uno a un lado del contacto. De esta forma es posible realizar una medida de resistencia con el método denominado Kelvin o de cuatro hilos, a partir del cual se obtiene el valor de la resistencia de contacto del segundo contacto sin que en esta medida tengan influencia las resistencias ni de las pistas de metal, ni de la nano estructura longitudinal (nanotubo o nanohilo o similar) ni de los otros dos contactos, lo cual no es posible con las técnicas publicadas hasta el momento para la medida de la resistencia de contacto a nanoestructuras longitudinales presentadas en el apartado anterior.

La invención consiste en un método para la caracterización de nanocontactos, entendiendo como tal el contacto eléctrico entre una nanoestructura y una pista de metal. El hecho de disponer de una herramienta adecuada para esta tarea es fundamental para el desarrollo de nanodispositivos electrónicos, ya que estos contactos son absolutamente necesarios para la conexión del dispositivo. Por este motivo, conocer el valor de la resistencia de contacto también es vital para poder implementar un dispositivo electrónico fiable y repetitivo con una nanoestructura longitudinal.

La estructura del dispositivo consiste en tres nanocontactos fabricados sobre la misma nanoestructura longitudinal (p.e. un nanotubo o un nanohilo). El primero y el tercero llevan a un pad libre cada uno, entendiendo como pad una zona amplia de metal donde es posible la conexión con una punta de medida o a través de soldadura, mientras que el segundo lleva a dos pads unidos entre sí por una pista de metal, ubicados en cada uno de los lados del segundo nanocontacto. La medida eléctrica a realizar para la obtención de la resistencia de contacto consiste en hacer pasar una corriente I, que deberá ser lo suficientemente pequeña como para no afectar (por calentamiento o electromigración, por ejemplo) ni a la nanoestructura longitudinal ni a las pistas de metal, entre un primer pad libre y un primer pad del par de pads ubicados a ambos lados de la nanoestructura longitudinal, encontrándose ambos pads conectados entre sí a través de la nanoestructura longitudinal. Al mismo tiempo se deberá medir la diferencia de tensión que aparecerá entre el segundo pad libre restante y el segundo pad del par de pads ubicados a ambos lados de la nanoestructura longitudinal, que también se encuentran conectados entre sí a través de la nanoestructura; obteniéndose de esta forma la resistencia del nanocontacto central utilizando para ello la ley de Ohm; no viéndose afectada esta medida por el valor de las resistencias ni del nanotubo o nanohilo, ni de las pistas de metal ni de los otros dos nanocontactos.

En cuanto a la fabricación de la estructura, ésta se puede realizar con diferentes técnicas del campo de las micro y nanotecnologías. La nanoestructura longitudinal será la que deba formar parte del dispositivo que se esté desarrollando y cuyas características estarán por tanto en función del funcionamiento que deba presentar el dispositivo. Las mismas consideraciones aplican para la fabricación de las líneas de metal, que deberán fabricarse de la misma forma que la prevista para el dispositivo final. Esta estructura precisamente se puede utilizar para determinar, de entre diferentes alternativas de metalización, cuál de ellas permite conseguir unos nanocontactos que presenten unas mejores características.

A través de la medida de una curva característica I-V del nanocontacto, es posible determinar si éste presenta un comportamiento óhmico (relación I-V lineal) o rectificador. Esta curva característica se obtiene realizando las medidas descritas anteriormente para todos los valores de corriente I en un determinado rango, obteniéndose una gráfica que relaciona la corriente inyectada con la caída de tensión en el nanocontacto. Si ésta es lineal, el nanocontacto tiene un comportamiento óhmico y su resistencia es constante e igual a la pendiente de esta recta.

El método objeto de la invención permite la medida de la resistencia del contacto asociada al nanocontacto, estando dicha medida exenta de las resistencias parásitas provenientes de la resistencia de las pistas de metal, la propia nanoestructura longitudinal y los otros dos nanocontactos.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra un esquema del dispositivo.

Figura 2.- Muestra una representación de la estructura del dispositivo.

Figura 3.-Muestra la gráfica resultado de la correlación de las mediciones I-V.

Realización preferente de la invención

Un ejemplo de realización del dispositivo (1) objeto de la invención y el método de utilización del mismo consistiría en, una vez obtenida...

1. Dispositivo (1) para la determinación de características eléctricas de nanocontactos (2, 3, 4) entre una nanoestructura (9) longitudinal y al menos una pista de metal (10, 11, 12) para su conexionado caracterizado porque comprende:

- un primer pad (5) conectado a una primera pista de metal (10),

- un segundo pad (6) conectado a un tercer pad (7) mediante una segunda pista de metal (11) ubicados a ambos lados de la nanoestructura (9) longitudinal respectivamente,

- un cuarto pad (8) conectado a una tercera pista de metal (12),

- un primer nanocontacto (2) ubicado entre la nanoestructura (9) longitudinal y la pista de metal (10) del primer pad (5),

- un segundo nanocontacto (3) ubicado entre la nanoestructura (9) longitudinal y la segunda pista de metal (11) que conecta el segundo pad (6) con el tercer pad (7), y

- un tercer nanocontacto (4) ubicado entre la nanoestructura (9) longitudinal y la tercera pista de metal (12) del cuarto pad (8).

2. Método para la determinación de características eléctricas de nanocontactos (2, 3, 4) entre una nanoestructura (9) longitudinal y al menos una pista de metal (10, 11, 12) para su conexionado haciendo uso del dispositivo (1) caracterizado porque comprende los siguientes pasos:

- se hace pasar una corriente entre el primer pad (5) y el tercer pad (7),

- se mide la diferencia de tensión entre el cuarto pad (8) y el segundo pad (6),

- se realiza una gráfica con la correlación I-V para el segundo nanocontacto (3),

- se determina el comportamiento óhmico del segundo nanocontacto (3) en función de la gráfica del apartado anterior,

- se determina el valor de la resistencia de contacto, en el caso de que el comportamiento sea óhmico, siendo este valor igual a la pendiente de la gráfica, y

- se calcula la resistencia de contacto del segundo nanocontacto (3) a partir de los datos obtenidos en el paso anterior utilizando la fórmula