17/05/2013 - Nuevo método de crecimiento de capas nanométricas de cuarzo sobre silicio

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Un equipo con participación de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado un nuevo método de crecimiento epitaxial de capas delgadas de cuarzo sobre obleas de silicio.  El trabajo, que aparece publicado en el último número de la revista Science, podría impulsar nuevos avances en campos como el de los sensores o la microelectrónica.

Los investigadores han obtenido capas de cuarzo con un espesor comprendido entre 100 nanómetros y una micra.  Para ello han utilizado un método químico mediante el cual han depositado una solución sobre obleas de silicio que posteriormente han sido tratadas térmicamente. Las capas de cuarzo crecen de forma epitaxial, es decir, con todos sus cristales orientados en la misma dirección gracias al sustrato semiconductor monocristalino sobre el que quedan anclados y perfectamente integrados.

Los resultados, patentados en 2012 por el CSIC y el Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée del Centre national de la recherche scientifique (Francia), que ha liderado este trabajo, podrían tener repercusiones en diferentes campos de la investigación en física aplicada, desde sensores a nuevos dispositivos en tecnologías de la información. Una de las ventajas de tener capas de cuarzo con un espesor nanométrico es que podrían conseguirse frecuencias de resonancia más elevadas que las de los dispositivos actuales.

“El cuarzo, por ser piezoeléctrico, se deforma si lo sometemos a una diferencia de potencial y recíprocamente genera una diferencia de potencial si lo deformamos. Estas propiedades hacen que con él se puedan fabricar osciladores electrónicos que generan la base de tiempo, el tic-tac interno, de muchos dispositivos, desde relojes de muñeca a microprocesadores. Puesto que el silicio es el material en el que se basa la microelectrónica, su integración con el cuarzo a escala nanométrica tiene un gran interés”, explica el investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona Martí Gich.

Imágenes que muestran el crecimiento heteroepitaxial de las obleas de cuarzo sobre silicio./ CSIC

Hasta ahora, el cuarzo empleado en la fabricación de los osciladores de los dispositivos electrónicos consistía de pequeños monocristales tallados y pulidos a partir de otros más grandes, un tipo de mecanizado que impone un límite a la miniaturización que puede alcanzarse.

“El crecimiento de los cristales de cuarzo mediante técnicas hidrotermales es un proceso lento, poco eficiente y costoso, aunque muy optimizado por su relevancia industrial y prevalencia a lo largo del tiempo. Con el nuevo método se abre la puerta a una fabricación eficiente de osciladores de alta frecuencia de resonancia directamente sobre silicio”, señala el investigador del CSIC.

Sensores de última generación basados en la modulación de ondas acústicas (sensores de tipo SAW surface accoustic wave) y otros sistemas microelectromecánicos (MEMS), que transforman electricidad en movimiento y viceversa, podrían también aprovecharse de la piezoelectricidad que ofrece el cuarzo y de su integración sobre el silicio.

El trabajo ha contado también con la participación del Institut Laue-Langevin en Grenoble (Francia).

Referencia bibliográfica.

A. Carretero-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. Science. DOI: 10.1126/science.1232968.

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