17/05/2013 - Neue Methode des Wachstums von Nano-Quarzschichten auf Silizium

Menéame

Ein Team, an dem Forscher aus dem Oberster Rat für wissenschaftliche Forschung (CSIC) hat eine neue Epitaxiales Wachstumsverfahren aus dünnen Quarzschichten auf Siliziumwafers. Die Arbeit, die in der letzten Ausgabe des Magazins veröffentlicht wird Wissenschaft, könnten weitere Fortschritte in Bereichen wie Sensoren oder Mikroelektronik erzielt werden.

Die Forscher haben Quarzschichten mit einer Dicke von zwischen 100 Nanometern und einem Mikroreflex. Zu diesem Zweck haben sie eine chemische Methode angewandt, bei der sie eine Lösung auf Siliziumwafer abgelagert haben, die anschließend hitzebehandelt wurden. Die Quarzschichten wachsen epitaxial, d. h. mit allen ihren Kristallen, die durch das einkristalline Halbleiter-Substrat, auf dem sie verankert und perfekt integriert sind, in die gleiche Richtung ausgerichtet sind.

Die Ergebnisse, die 2012 von der CSIC und Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée del Centre national de la recherche scientifique (Frankreich), das diese Arbeit geleitet hat, könnte Auswirkungen auf verschiedene Bereiche der angewandten Physikforschung haben, von Sensoren bis hin zu neuen Geräten in der Informationstechnologie. Einer der Vorteile von Quarzschichten mit einer Nanodicke ist, dass höhere Resonanzfrequenzen erreicht werden könnten als die heutigen Geräte.

"Der Quarz, weil er piezoelektrischer Natur ist, wird deformiert, wenn wir ihn einem Unterschied des Potenzials aussetzen, und er erzeugt einen Unterschied des Potenziales, wenn wir es deformieren. Diese Eigenschaften machen es möglich, elektronische Oszillatoren herzustellen, die die Zeitbasis, den internen Tick-Tack, von vielen Geräten, von Handgelenkuhren bis hin zu Mikroprozessoren erzeugen. Da Silizium das Material ist, auf dem die Mikroelektronik basiert, hat seine Integration mit dem Nano-Quarz ein großes Interesse," erklärt der CSIC-Forscher am Institut für Materialwissenschaft in Barcelona Martí Gich.

Bilder, die das heteroepitaxiale Wachstum von Quarzwafer auf Silizium zeigen./CSIC

Bislang bestand das bei der Herstellung der Oszillatoren der elektronischen Geräte verwendete Quarz aus kleinen geschnitzten und polierten Einkristallen aus größeren anderen, einer Art von Bearbeitung, die eine Grenze für die Miniaturisierung auferlegt, die erreicht werden kann.

"Das Wachstum von Quarzkristallen durch hydrothermale Techniken ist ein langsamer, uneffizienter und kostspieliger Prozess, der jedoch aufgrund seiner industriellen Relevanz und seiner Prävalenz im Laufe der Zeit sehr optimiert ist. Mit der neuen Methode öffnet sich die Tür für eine effiziente Herstellung von hochfrequenten Resonanzoszillatoren direkt auf Silizium," so der CSIC-Forscher.

Neueste Sensoren auf der Grundlage der Modulation von akustischen Wellen (Saw-Sensoren des Typs surface accoustic wave) und anderen mikroelektromechanischen Systemen (MEMS), die Elektrizität in Bewegung verwandeln und umgekehrt, könnten auch aus dem Piezostrom, der Quarz liefert, und aus seiner Integration in Silizium Nutzen ziehen.

Die Arbeit hat auch die Beteiligung der Institut Laue-Langevin in Grenoble (Frankreich).

Bibliographische Referenz.

A. Postbote Genevrier, M. Gich, L. Picas, J. Gazquez, G. L. Drisko, C. Boissiere, D. Grosso, J. Rodriguez-Carvajal, C. Sanchez. Soft-Chemistry Based Routes to Epitaxial a-Quartz Thin Films with Tunable Textures. Wissenschaft. DOI: 10.1126/science.1232968.

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