Laboratorio de nanoelectrónica
Por Dalia Patiño González
Tonanzintla, Puebla. 6 de diciembre de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Bajo la coordinación del área de Electrónica y constituido con el objetivo de crear prototipos de sensores y circuitos integrados en silicio, conocidos como MEMS (microsistemas o circuitos microelectromecánicos), el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) tiene operando desde 2010 el Laboratorio de Innovación en MEMS (LIMEMS), uno de los más completos del país.
Su creación fue producto, en primera instancia, de la donación de equipos de producción por parte de la empresa Motorola.
El LIMEMS comprendió la creación de tres laboratorios en distintas partes del país; el de diseño en la UNAM; el de encapsulado y pruebas en la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, y el Laboratorio de Desarrollo y Fabricación de Prototipos, en el INAOE.
¿Qué es un MEMS y para qué sirve?
Los MEMS son aquellos sistemas complejos que combinan elementos electrónicos y mecánicos en un mismo chip, con aplicaciones tan diversas que todo mundo utiliza a través de equipos electrónicos empleados, por ejemplo, en las comunicaciones o en aparatos que sirven de herramienta en el trabajo.
Los prototipos de circuitos integrados creados en el INAOE han servido para desarrollar proyectos que se relacionan con dispositivos implantables en medicina, interruptores ópticos en telecomunicaciones, sensores, biosensores y detonadores de bolsas de aire en el sector automotriz, entre otros.
El compromiso es que tanto el LIMEMS como el Laboratorio de Microelectrónica —el primero de su tipo en México, fundado en 1974 y actualmente a cargo del doctor Pedro Rosales Quintero— contribuyan no solo a la investigación sino a la formación de recursos humanos que permitan disminuir la brecha que existe entre las empresas transnacionales que dominan esta industria y lo que se diseña en México.
Cuartos limpios clase 10 y 100
Ubicado en la planta baja de un edificio de dos pisos, el protocolo de ingreso al LIMEMS es estricto. Limpieza de calzado manual y después mecánica. Posteriormente, hay que colocarse protectores de calzado, no sin antes pisar un tapete de vinil pegajoso. Lo siguiente es pasar al área de vestidor donde se colocan overoles antiestáticos fabricados con poliéster e hilos de carbón, botas, cofia, guantes, cubrebocas y, por último, una escafandra.
El acceso posterior está controlado por una regadera de aire que sirve para eliminar partículas con un tamaño mayor al permitido en el ambiente.
En el recorrido, la doctora Claudia Reyes Betanzo, titular del LIMEMS y la única mujer del cuerpo de investigadores del área de microelectrónica, integrada por 14 científicos, explica en entrevista para la Agencia Informativa Conacyt que en el laboratorio fue posible implementar cuartos limpios clase 10 y clase 100, apegados a estándares internacionales de limpieza.
La razón de este estricto control es porque en el LIMEMS se fabrican dispositivos en el orden de micrómetros (10-6 m) y nanómetros (10-9 m), es decir, el área de trabajo debe ser controlada en cuanto al ambiente ya que si una partícula en el aire se llega a depositar de manera accidental sobre el dispositivo con que se trabaja, esto causaría un daño irreversible, ocasionando un mal funcionamiento.
“Debe haber una limpieza que cubra los estándares internacionales, incluso en el LIMEMS existen áreas que llegan a ser clase 1, que corresponden a la limpieza más pura, sobre todo en los puertos de entrada de obleas de algunos equipos de fabricación. Lejos de esa área podemos tener clase 10 e inclusive clase 100”.
Además de los filtros de aire, existe un contador de partículas que con cierta frecuencia (por lo menos dos veces al año) durante los mantenimientos, se coloca en cada zona para monitorear el número de partículas que hay en el ambiente, así como su tamaño.
“Con esto podemos garantizar que el área cubre las expectativas de la clase de limpieza, así como el cambio de los filtros de aire que permitan mantener el área libre de partículas que impidan cumplir con los estándares requeridos”.
Aportes y equipamiento
Las gestiones realizadas por el INAOE permitieron el financiamiento de dependencias como la Secretaría de Economía, Educación Pública y, por supuesto, del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) —a través del programa de apoyo a proyectos de infraestructura—, para la construcción y compra de equipo, a fin de lograr la línea completa de producción de dispositivos y prototipos de circuitos integrados.
En este sentido, la doctora Reyes Betanzo reconoce que tan solo uno de los cuartos limpios costaba alrededor de dos millones de pesos. Sin embargo, gracias a la propuesta de diseño y construcción del doctor Alfonso Torres Jácome, coordinador de Electrónica, fue que se pudo economizar en materiales, como paredes de aluminio, y así cumplir con los requerimientos que exigen los estándares internacionales.
“Es un laboratorio que vimos nacer y la verdad es que hemos tenido mucho empeño en que todo esté funcionando, de ahí que además de los equipos que donó Motorola se adquirieran otros para caracterización de materiales, un generador de patrones para la fabricación de mascarillas, una fotoalineadora para poder realizar procesos litográficos, campanas para la limpieza de las obleas y materiales para grabado húmedo de silicio y otros materiales, grabado profundo por plasma de silicio, una evaporadora de metales y un implantador iónico”.
La doctora Reyes Betanzo indicó además que en 2015, el Conacyt apoyó con la adquisición de un microscopio electrónico de barrido (SEM, por sus siglas en inglés), con un costo de 10 millones de pesos.
Aplicaciones multidisciplinarias
Los laboratorios de Microelectrónica y LIMEMS están íntimamente vinculados y el trabajo que se desarrolla en ellos se complementa, e incluso se vincula con otras disciplinas y centros de investigación ajenos al INAOE.
Lo que se realiza en ambos laboratorios aterriza en proyectos multidisciplinarios. Existen proyectos desarrollados en el área de la salud; también hay quien trabaja con biosensores, sensores de infrarrojo, desarrollo de celdas solares con eficiencia competitiva, entre otros.
“En el Laboratorio de Microelectrónica, el acceso no es tan restringido y tiene la ventaja de servir como un espacio para que nuestros estudiantes se capaciten en procesos de fabricación, así como en la operación de los diferentes equipos”.
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