Científics del CSIC han participat en un estudi en què s'ha aconseguit el creixement de les capes d'aquest vidre directament sobre el substrat semiconductor. La nova tècnica podria portar a aconseguir freqüències de ressonància més elevades en dispositius electromecànics.
Un equip amb participació d'investigadors de l'Institut de Ciència de Materials (ICMAB) del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) ha desenvolupat un nou mètode de creixement epitaxial de capes primes de quars sobre oblees de silici. El treball, que apareix publicat en l'últim número de la revista Science, podria impulsar nous avenços en camps com el dels sensors o la microelectrònica.
Els investigadors han obtingut capes de quars amb un gruix comprès entre 100 nanòmetres i una micra. Per a això han utilitzat un mètode químic mitjançant el qual han dipositat una solució sobre oblees de silici que posteriorment han estat tractades tèrmicament. Les capes de quars creixen de forma epitaxial, és a dir, amb tots els seus vidres orientats en la mateixa direcció gràcies al substrat semiconductor monocristall sobre el qual queden ancorats i perfectament integrats.
Els resultats, patentats el 2012 pel CSIC i el Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris del Centre national de la recherche scientifique (França), que ha liderat aquest treball, podrien tenir repercussions en diferents camps de la investigació en física aplicada, des de sensors a nous dispositius en tecnologies de la informació. Un dels avantatges de tenir capes de quars amb un gruix nanomètric és que podrien aconseguir freqüències de ressonància més elevades que les dels dispositius actuals.
"El quars, per ser piezoelèctric, es deforma si el sotmetem a una diferència de potencial i recíprocament genera una diferència de potencial si ho deformem. Aquestes propietats fan que amb ell es puguin fabricar oscil•ladors electrònics que generen la base de temps, el tic-tac intern, de molts dispositius, des de rellotges de canell a microprocessadors. Ja que el silici és el material en què es basa la microelectrònica, la seva integració amb el quars a escala nanomètrica té un gran interès", explica l'investigador del CSIC a l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona Martí Gich.
Fins ara, el quars emprat en la fabricació dels oscil·ladors dels dispositius electrònics consistia de petits monocristalls tallats i polits a partir d'altres més grans, un tipus de mecanitzat que imposa un límit a la miniaturització que es pot assolir.
"El creixement dels cristalls de quars mitjançant tècniques hidrotermals és un procés lent, poc eficient i costós, encara que molt optimitzat per la seva rellevància industrial i prevalença al llarg del temps. Amb el nou mètode s'obre la porta a una fabricació eficient d'oscil·ladors d'alta freqüència de ressonància directament sobre silici ", assenyala l'investigador del CSIC.
Sensors d'última generació basats en la modulació d'ones acústiques (sensors de tipus SAW, ‘surface accoustic wave’) i altres sistemes microelectromecànics (MEMS), que transformen electricitat en moviment i viceversa, podrien també aprofitar-se de la piezoelectricitat que ofereix el quars i de la seva integració sobre el silici.
El treball ha comptat també amb la participació de l'Institut Laue-Langevin a Grenoble (França).
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. 17 May 2013, DOI: 10.1126/science.1232968