Cristal de fluorita

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/11/2002

À medida em que a tecnologia avança rumo a estruturas microeletrônicas mais e mais finas, o comprimento de onda da radiação ultravioleta utilizada para desenhar os circuitos deve diminuir continuamente.

A geração mais recente de processos de fotolitografia trabalha a 157 nanômetros, um comprimento de onda para o qual o vidro e mesmo o quartzo não são transparentes o suficiente. O material preferido nestes casos é a fluorita, um cristal de fluoreto de cálcio extremamente puro, sem defeitos e de cristalização única. Na forma de lentes ou primas, a fluorita pode concentrar ou desviar raios ultravioletas de comprimento de onda de apenas 130 nanômetros. Seu comportamento refrativo deve ser tão uniforme quanto possível, de forma a não comprometer a qualidade das estruturas do chip.

Qualquer um que tenha tentado o crescimento de cristais grandes e perfeitos a partir de soluções aquosas salinas sabe das dificuldades. Mono-cristais perfeitos e sem falhas devem ser gerados a partir de substâncias fundidas a temperaturas acima de 1400° C.

Para determinar as condições ideais do processo e otimizar a planta industrial que deverá produzí-los, o Fraunhofer Institute (Alemanha) desenvolveu um programa de computador chamado CrysVUn. Com a ajuda deste programa, a empresa Schott Lithotec, parceira do Instituto, tornou-se líder de mercado de cristais de fluorita.

"O fator crucial é saber a distribuição da temperatura durante o processo de crescimento dos cristais", enfatiza o Dr. Geog Müller, chefe do Laboratório de Cristalografia do Instituto. "Como na fabricação de vidro, a massa fundida deve ser resfriada de maneira uniforme, para prevenir áreas de tensão termal. Tal como listras ou furos no vidro, defeitos podem comprometer a qualidade ótica [do cristal]."

Para alcançar um melhor entendimento das interações entre as condições do processo e as propriedades do material, a equipe construiu um equipamento de crescimento de cristais que está sendo utilizado para investigar fatores como o efeito da distribuição de temperatura sobre a qualidade final do mono-cristal. Este trabalho experimental capacitou a equipe a produzir um modelo computacional melhorado, o qual fornece resultados que diferem em apenas um por cento dos dados verificados experimentalmente.

O Dr. Müller explica: "O modelo anterior utilizava uma descrição inexata da transferência de calor pela radiação infravermelha dentro do fluoreto de cálcio. O modelo avançado agora provê informações mais precisas: ele é capaz até de predizer a forma da fase de transição entre o fundido e o cristal sólido em crescimento, o que é um fator de grande influência na qualidade do cristal."

O prêmio para estes esforços é um cristal cilíndrico totalmente transparente e incolor, medindo 15 centímetros de comprimento. A foto mostra uma seção desse cristal.