Capa fina de carburo de silicio amorfo

El carburo de silicio amorfo (a-SiC) ha suscitado gran interés por sus propiedades ópticas y electrónicas variables. Su rigidez, baja expansión térmica y transparencia a la luz visible lo convierten en un material atractivo para espejos de telescopio.

La ciencia de los materiales está experimentando una revolución con la introducción de este novedoso material: el a-SiC. Con propiedades que combinan resistencia con aleatoriedad y precisión, su impacto puede revolucionar la tecnología de los microchips.

Fuerza

El carburo de silicio cristalino (c-SiC) suele ser mucho más resistente que su homólogo amorfo; sin embargo, un nuevo descubrimiento en una película fina de Si-C amorfo abre la puerta a dispositivos mecánicos y ópticos de alto rendimiento. Con una resistencia última a la tracción de 10 GPa para la producción de películas finas a escala de oblea, el SiC amorfo ha entrado en un club de élite reservado sólo a los materiales más resistentes, como las nanoribbons de grafeno.

Las películas basadas en Si-C pueden producirse a escala de oblea y adaptarse fácilmente a diversos sustratos, lo que las hace muy adaptables y les confiere una inercia química, dureza y estabilidad mecánica superiores a las de otros recubrimientos [1]. Esto los hace adecuados como recubrimientos protectores, al tiempo que sirven como material de refuerzo en compuestos de matriz cerámica utilizados en combustores de gas, cabezales de impresión térmica y pilas de combustible; también se utilizan ampliamente como sensores MEMS y aplicaciones fotónicas integradas [1-3].

El a-SiC puede doparse fácilmente con nitrógeno y fósforo para formar un semiconductor de tipo n, mientras que el dopado con boro, aluminio y galio lo convertirá en de tipo p. Además, debido a su resistencia, la transparencia a la luz visible mediante la sustitución de átomos de silicio por átomos de carbono permite una mayor flexibilidad de diseño durante los procesos de fabricación y diseño de dispositivos. El a-SiC se deposita mediante deposición química en fase vapor (CVD) a baja temperatura como alternativa viable al c-SiC y a su homólogo el c-SiC.

Azar

El carburo de silicio amorfo (a-SiC) se ha hecho cada vez más popular debido a su enorme potencial en diversos campos de aplicación. Una de sus propiedades más notables es su resistencia, que desafía las expectativas tradicionales al estirarse hasta 10 gigaPascales (GPa). Esto significa que se podrían colgar 10 coches de tamaño medio de una tira de cinta aislante antes de que cediera por la tensión.

La resistencia del a-SiC se debe a su estructura atómica desordenada. Mientras que el silicio cristalino presenta átomos cuádruplemente coordinados dispuestos en una red cristalina ordenada, la disposición aleatoria del a-SiC crea una red aleatoria continua que confiere al material una gran resistencia.

El pulverizado por magnetrón pulsado produce películas de a-SiC con una estructura columnar o en forma de coliflor, dependiendo de su potencia de pulverizado. Tras el recocido, esta estructura se relaja, con más enlaces heteronucleares (Si-Si) que homonucleares (Si-C) presentes en la estructura.

La diversidad de estructuras permite que los procedimientos de síntesis adapten diversas propiedades electrónicas y ópticas del SiC a aplicaciones individuales, desde modificaciones químicas como la adición de hidrógeno al gas de deposición para su alteración química hasta la fabricación mecánica con factores de calidad de 4,66×105 logrados en resonadores anulares a temperatura ambiente fabricados con este material, dos características que proporcionan un enorme control de sus propiedades electrónicas y ópticas.

Precisión

El carburo de silicio amorfo destaca entre otros materiales conocidos, como el grafeno y el diamante, por su naturaleza amorfa única; a diferencia del grafeno, que está formado por una capa de carbono, que constituye toda su composición; a diferencia del grafeno, es escalable, por lo que ofrece una versatilidad mucho mayor para su uso en numerosas aplicaciones.

El carburo de silicio amorfo es desde hace tiempo la capa activa de los elementos TFT utilizados en aplicaciones electrónicas de gran superficie, como las pantallas de cristal líquido (LCD). Esta elección se debe a su menor coste y a sus prestaciones electrónicas superiores a las del silicio cristalino.

Pero su estructura amorfa también le confiere una importante ventaja: la resistencia a la fragilidad. explica Norte: La mayoría de los materiales tienen estructuras ordenadas como las torres de Lego; sin embargo, el carburo de silicio amorfo carece de este patrón y se parece más a bloques de Lego apilados al azar que a uno ensamblado intrincadamente. Aunque pueda parecer contradictorio, su falta de uniformidad aumenta su resistencia.

Así pues, las tiras de carburo de silicio amorfo pueden soportar 10 veces más tensión de tracción que su equivalente en diamante, lo que las convierte en el candidato ideal para pruebas de tracción precisas en chips. Además, su naturaleza amorfa se presta bien a los grabados en seco, que causan perturbaciones mínimas en las nanoestructuras suspendidas para realizar pruebas precisas, en comparación con los grabados húmedos, que podrían comprometer su estructura cristalina, en contraste con el silicio cristalino, que requiere grabados húmedos que podrían alterar su integridad por completo.

Escalabilidad

A diferencia del grafeno o el diamante, que requieren procesos de producción escasos y costosos, el carburo de silicio amorfo puede fabricarse en serie en líneas de producción a escala de oblea, lo que abre nuevas posibilidades para diseñar sensores de microchip precisos y robustos.

El carburo de silicio amorfo es un material extraordinario que combina aleatoriedad y precisión. Su resistencia a la tracción supera a la de materiales tan populares como el kevlar; por ejemplo, para romper una tira se necesitaría un peso equivalente al de 12 coches de tamaño medio.

Una proeza impresionante para un material tan fino. La escalabilidad se traduce en una gran resistencia mecánica para la suspensión de delicados nanoaros. Esto demuestra la capacidad de conseguir un alto límite elástico en estructuras suspendidas complejas, lo que abre las puertas a aplicaciones como sensores ultrasensibles para microchips, células solares avanzadas y tecnologías de exploración espacial.

El a-SiC presenta una excelente resistencia química frente a los grabados superficiales de micromecanizado que se utilizan hoy en día, lo que lo convierte en el material ideal para servir de capa de sacrificio en los procesos de micromecanizado. Además, su inercia química permite el uso de agentes de grabado en seco que permiten el grabado de socavaduras sin dañar las estructuras de nanoesferas, lo que sienta las bases para futuras investigaciones que exploren el aprovechamiento de sus propiedades inherentes de flexibilidad y robustez.