Un equipo internacional de investigadores, con participación del CSIC, han logrado crecer capas de este cristal de cuarzo sobre un sustrato semiconductor de silicio. La nueva técnica puede ayudar a conseguir frecuencias de resonancia más elevadas en dispositivos electromecánicos.

Esquema de capa de cristal de cuarzo sobre un sustrato semiconductor de silicio. / Science

Esquema de capa de cristal de cuarzo sobre un sustrato semiconductor de silicio. / Science

CSIC
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16 mayo 2013 20:00

Investigadores de centros internacionales, incluido el CSIC, han desarrollado un nuevo método de crecimiento epitaxial de capas delgadas de cuarzo sobre obleas de silicio.

Con esta forma de crecimiento los cristales del primero se orientan en la misma dirección gracias al sustrato semiconductor monocristalino del segundo, sobre el que quedan anclados y perfectamente integrados.

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 utilizando un método químico mediante el cual han depositado una solución sobre las obleas que posteriormente han sido tratadas térmicamente.

Los resultados, patentados en 2012 por el CSIC y el Laboratorio de Química de la Materia Condensada del Centre National de la Recherche Scientifique o CNRS (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 se deforma”, explica el investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona Martí Gich.

La integración del tic-tac y la microelectrónica

“Estas propiedades hacen que con él se puedan fabricar osciladores electrónicos que generan la base de tiempo o el tic‐tac interno de muchos dispositivos, desde relojes de muñeca a microprocesadores –añade–. 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”.

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.

Sensores de última generación basados en la modulación de ondas acústicas –sensores de tipo surface accoustic wave (SAW)– 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.

En este trabajo también ha participado el Institut Laue‐Langevin de 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, 16 de mayo de 2013.

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