Los microscopios del Laboratorio de Microscopía Electrónica del INAOE son usados para la caracterización de nanomateriales y dispositivos semiconductores desarrollados en proyectos de investigación.
Con la adquisición e instalación de equipo de punta, el Laboratorio de Microscopía Electrónica del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), centro de la Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación (Secihti), se erige como una instalación única en la región sur-sureste-suroeste de nuestro país, ya que brinda servicio a investigadores y estudiantes del INAOE y de otras instituciones de la zona.
Con la adquisición de un nuevo microscopio electrónico de transmisión (TEM), el citado laboratorio cuenta ya con tres microscopios electrónicos, dos de ellos de barrido (SEM) que, al hacer uso de haces de electrones, tienen resoluciones muy altas que están en el orden de los nanómetros en el caso de los microscopios tipo SEM, y en el orden de los angstroms en el caso del TEM. Dichos microscopios son usados para la caracterización de nanomateriales y dispositivos semiconductores desarrollados en proyectos de investigación.
La historia del Laboratorio de Microscopía Electrónica del INAOE, explica el doctor Mario Moreno Moreno, investigador del INAOE y jefe de dicha infraestructura, se puede dividir en dos etapas. La primera fue inaugurada en 2016, cuando el citado laboratorio fue equipado con un microscopio electrónico de barrido FEI modelo SCIOS, que sirve para analizar dispositivos y nanomateriales a una resolución menor a un nanómetro y que cuenta con dos columnas (DUAL BEAM): una de electrones y otra de iones (FIB). Esta segunda columna permite hacer cortes en las muestras para observar no solamente la superficie, sino también transversalmente las capas que la integran, y permite hacer nanofabricación, es decir, se pueden hacer dispositivos nanométricos. En esta etapa también se adquirió un microscopio de barrido electrónico marca Hitachi modelo SU3500.
El doctor Moreno relata: “El Laboratorio de Microscopia Electrónica se fundó en 2016, como consecuencia de que se ganó un proyecto de infraestructura. Además de los dos microscopios, el equipo se integró con un microscopio Raman, que se adquirió con otro proyecto que se tuvo y que permite caracterizar básicamente películas y para determinar la fracción cristalina en los diferentes nanomateriales que utilizamos. También tenemos un espectrómetro infrarrojo por la transformada de Fourier (FTIR) y un microscopio de fuerza atómica. Esta fue la primera etapa del laboratorio”.
La segunda etapa, agrega, surge a través de un proyecto de la Coordinación de Electrónica con el cual se adquirió un microscopio electrónico de transmisión marca Jeol modelo JEM-F-200. Para albergar este equipo de grandes dimensiones (mide casi tres metros de alto) se construyó, frente a la primera etapa, un laboratorio adicional.
“El espacio es muy especializado: para evitar vibraciones el piso es una placa gruesa de cemento, igualmente se mantiene a una temperatura constante de 19 grados, tiene aire acondicionado y un cuarto de máquinas donde se colocan algunos componentes que no deben estar dentro del laboratorio”.
El nuevo microscopio tiene muy alta resolución, de 1.4 angstroms, explica el investigador, y añade: “es de emisor frío, por lo que el haz de electrones tiene menor dispersión, lo que permite tener una mayor resolución, adicionalmente puede hacer análisis químico elemental por medio de dos espectrómetros de dispersión de energía (EDS), se pueden detectar diversos elementos. Por ejemplo, en una muestra de silicio, podemos determinar si viene contaminada con oxígeno, carbono, fósforo, etcétera. El microscopio nos permite detectar químicamente qué elementos tenemos en las muestras”.
Al ser un microscopio de emisor frío, permite tener una mayor resolución: “Gracias a este microscopio se pueden observar prácticamente en el orden atómico sustratos cristalinos como obleas de silicio cristalino o nanocristales en películas que generalmente son amorfas con nanocristales incluidos”.
Con este microscopio, apunta el Dr. Moreno, el laboratorio es muy completo y, de Puebla hacia el sur y sureste de México, no hay nada que se le equipare: “Estamos orgullosos de este laboratorio que surgió por la necesidad de analizar materiales semiconductores nanoestructurados y nanocristalinos que se desarrollan en nuestros laboratorios de fabricación de semiconductores desde hace varios años, pero no teníamos las herramientas para analizarlos y observarlos. Este laboratorio le da un plus a todo lo que se hace en términos de fabricación. Este equipo nos sirve para analizar la estructura del material pero muchas veces requerimos ver otras propiedades como la composición química o la rugosidad que analizamos con el microscopio de fuerza atómica, la fracción cristalina con el microscopio Raman. Nos sirve para caracterizar de muchas formas los materiales”.
