Investigadores desarrollan un material con aplicación microelectrónica

Un grupo de científicos obtiene una estructura a partir de silicio cristalino con nanopartículas de níquel autoorganizadas sobre la superficie

Por Elton Alisson, desde Beijing

Agência FAPESP – El proceso de autoorganización existente en la naturaleza, mediante el cual se forman moléculas y estructuras complejas que se ajustan a las condiciones de los sistemas biológicos donde se insertan, ha inspirado a algunos científicos a desarrollar sistemas ordenados con partículas metálicas en escala nanométrica (la milmillonésima parte de un metro), con base en este mismo principio.

Uno de los ejemplos de esto es una estructura obtenida a partir de silicio con nanopartículas de níquel autoorganizadas depositadas sobre su superficie que han desarrollado científicos del Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) de la Universidad Campinas (Unicamp).

El proceso de creación de dicha estructura, producto del Proyecto Temático intitulado Investigación y desarrollo de materiales nanoestructurados para aplicaciones electrónicas y de física de superficies, aparece descrito en un artículo que ha sido aceptado para su publicación en el Journal of Physics D: Applied Physics. Y fue presentado el día 16 de abril, durante el Simposio Brasil-China para la Colaboración Científica – FAPESP Week Beijing, en China.

El evento, organizado por la FAPESP junto a la Peking University (PKU), reunió hasta el día 18 de abril en la capital china a científicos de ambos países con el objetivo de discutir estudios en las áreas de Ciencia de Materiales, Medio Ambiente, Energías Renovables, Agricultura, Ciencias de la Vida, Medicina y Salud, a los efectos de fomentar la colaboración científica.

“Las nanopartículas de níquel autoorganizadas en superficies claramente definidas pueden tener diversas aplicaciones”, declaró Fernando Alvarez, docente del IFGW y coordinador del proyecto, a Agência FAPESP.

“Esta área de investigación científica ha despertado sumo interés, pues podrá generar una disminución de costes y de las etapas destinadas a la fabricación de materiales nanoestructurados con potenciales propiedades magnéticas, ópticas y catalíticas, y con aplicaciones en la industria microelectrónica y en nanotecnología”, afirmó Alvarez.

De acuerdo con el investigador, para obtener estos tipos de materiales nanoestructurados, se emplean técnicas tales como las de fotolitografía y de litografía de electrones.

Con todo, la puesta en práctica de dichas técnicas implica una serie de etapas; por ello son lentas, y también caras. De allí el interés en hallar nuevas rutas con miras a simplificar los procesos de obtención de materiales nanoestructurados.

Según el científico, una ruta prometedora que ha despuntado en los últimos años es la nanoestructuración de sustratos mediante el bombardeo iónico.

Esta técnica permite obtener figuras regulares en metales, semiconductores y materiales amorfos, que pueden emplearse como matriz para el crecimiento de estructuras autoorganizadas.

“Básicamente, el bombardeo iónico permite esculpir un sustrato de manera tal que, al depositar átomos o moléculas sobre éste, las partículas se vean forzadas a autoorganizarse sobre la superficie del material de acuerdo con la topología de dicha superficie”, explicó Alvarez.

El proceso de fabricación

Para desarrollar materiales con tales características, los investigadores del grupo de Alvarez en el IFGW bombardean un sustrato de silicio cristalino con iones de átomos pesados de gases nobles: kriptón, xenón y argón.

Este bombardeo provoca ondulaciones en el sustrato y hace que su superficie presente figuras periódicas bien definidas, tales como líneas paralelas análogas a ranuras, por ejemplo, según detalló Alvarez.

Al depositar átomos de níquel sobre el material mediante un proceso denominado pulverización catódica con haces de iones, los átomos procuran acomodarse adecuadamente dentro de las figuras periódicas existentes en la superficie de la estructura.

Así se origina un material con una estructura bidimensional claramente definida, dijo Alvarez.

“A raíz de las figuras periódicas definidas que posee el sustrato, cuando los átomos de níquel aterrizan sobre éste, agitados por la temperatura, se mueven sobre la superficie de la estructura hasta encontrar otros átomos y nuclearse”, explicó.

“Así se forman partículas o aglomerados sobre la superficie del material, con arreglos periódicos definidos claramente”, afirmó el investigador.

Según Alvarez, cada una de las partículas que los átomos de metal forman sobre la superficie del sustrato de silicio cristalino puede utilizarse como un punto magnético con posible aplicación en microelectrónica, por ejemplo.

Las partículas también pueden catalizar (iniciar) el crecimiento de nanotubos de carbono, materiales que requieren de níquel u otros tipos de partículas metálicas para disparar su crecimiento.

“Al desarrollar una matriz de pequeñas partículas distribuidas uniformemente, formando una estructura periódica sobre la superficie de un sustrato, es posible depositar sobre este material partículas de carbono que crecerán y formarán nanotubos de acuerdo con la figura prefabricada del material”, afirmó.

Con todo, según el investigador, estas posibles aplicaciones se mantienen todavía en el ámbito del laboratorio.

“Estamos demostrando la posibilidad de desarrollar materiales y procesos para esas aplicaciones”, comentó Álvarez. “Sin embargo, para fabricarlos es necesario contar con laboratorios de ingeniería, con aparatos mucho más complejos que los que tenemos, y realizar una serie de ajustes para formar estructuras periódicas con una mínima cantidad de defectos”, afirmó.