Microelectrónica: gas de electrones en la superficie de un aislador abre el camino a los transistores multifuncionales

HONGOS

Los investigadores del CNRS y la Universidad Paris-Sud 11 (1) han tenido éxito en la creación de una capa conductora sobre la superficie de titanato de estroncio (SrTiO3), un material aislante transparente considera muy prometedor para el desarrollo de futuras aplicaciones de la microelectrónica. Dos nanómetros de espesor, esta capa conductora es una de dos dimensiones metálico gas de electrones (2 grados) que forma parte del material aislante. Fácil de producir, que abre nuevas posibilidades para la electrónica a base de óxidos de metales de transición (de la familia SrTiO3), aprovechando la amplia mayoría de estos materiales de propiedades físicas (la superconductividad, el magnetismo, la termoelectricidad, etc) para integrar una serie de funciones diferentes en el un solo dispositivo microelectrónico. Un documento que explica este descubrimiento inesperado, fruto de la investigación en el sincrotrón SOLEIL, se publicó en el 13 de enero 2011 de la revista Nature.

Componentes microelectrónicos actuales consisten en capas de semiconductores sobre un sustrato de silicio. Con el fin de mantener el ritmo de actualizaciones periódicas en el rendimiento de los dispositivos microelectrónicos más allá de 2020, soluciones tecnológicas alternativas están siendo investigados. Los investigadores están cada vez más atención a los óxidos de metales de transición, que ofrecen prometedoras propiedades físicas tales como la superconductividad (2), magnetorresistencia (3), termoelectricidad (4), multiferroicity (5) y la capacidad fotocatalítica (6).

Dentro de esta familia de materiales, titanato de estroncio (SrTiO3) ha sido el tema de extensa investigación. Este material aislante se convierte en un buen conductor cuando está dopado, por ejemplo mediante la creación de un vacantes de oxígeno pocos. Las interfaces entre óxidos SrTiO3 y otros (LaTiO3 o LaAlO3) son conductores, aunque los dos materiales son aislantes. Por otra parte, muestran propiedades, como la superconductividad, magnetorresistencia y la termoeléctrica a temperatura ambiente. El problema, sin embargo, es que las interfaces entre los óxidos son muy difíciles de producir.

Ahora un descubrimiento inesperado ha irrumpido a través de esta barrera tecnológica. Un equipo internacional dirigido por investigadores del CNRS y la Universidad Paris-Sud 11 ha producido una de dos dimensiones metálica gas de electrones (2 grados) en la superficie de SrTiO3. Esta capa conductora, de aproximadamente dos nanómetros de espesor, se obtuvo por vacío escindir una pieza de titanato de estroncio, un proceso muy simple y económico. Los elementos constitutivos de SrTiO3 son los recursos naturales disponibles en grandes cantidades, y el compuesto no es tóxico, a diferencia de por ejemplo los materiales más ampliamente utilizados en la actualidad en aplicaciones termoeléctricas para la microelectrónica (bismuto telururos). Además, 2DEGs probablemente podría ser creada en la superficie de otros óxidos de metales de transición utilizando una técnica similar.

El descubrimiento de una capa conductora de este tipo (que no requieren la adición de una capa de otro material) es un importante paso hacia adelante para base de óxido de microelectrónica. Se podría hacer posible combinar las propiedades intrínsecas multifuncionales de óxidos de metales de transición con las del metal de dos dimensiones en su superficie. Desarrollos posibles podrían incluir el acoplamiento de un óxido ferroeléctrico con el gas de electrones en su superficie para producir memorias no volátiles, o la inclusión de circuitos transparentes sobre la superficie de las células solares o pantallas táctiles.

El 2 grados en la superficie de titanato de estroncio fue identificado y estudiado en experimentos con ángulo resuelto espectroscopia de fotoemisión (ARPES) en el sincrotrón SOLEIL en Saint-Aubin, Francia, y el Centro de Radiación Sincrotrón de la Universidad de Wisconsin, EE.UU..

Notas:

(1) El proyecto se llevó a cabo por investigadores de la CSNSM (Centro de Spectrométrie Nucléaire et Spectrométrie de Masse, Centro de Espectrometría Nuclear y de Espectrometría de Masa, la Universidad Paris-Sud 11/CNRS) en estrecha colaboración con los Laboratorio de Física Solides des ( Sólido Laboratorio de Física, Universidad Paris-Sud 11/CNRS), el CNRS / Thales Unité Mixte de Physique (Unidad Mixta de Física) y el Institut d’Electronique fondamentale (Instituto Fundamental de Electrónica, Universidad Paris-Sud 11/CNRS). 
(2) El cobre, titanio, manganeso, hierro, cobalto, níquel, etc 
(3) La capacidad para conducir corriente eléctrica sin pérdida de energía. 
(4) Resistencia cambio de varios órdenes de magnitud bajo el efecto de un campo magnético muy débil; utilizado en los discos duros de ordenador y memorias USB. 
(5) La capacidad de transformar un gradiente de temperatura en energía eléctrica, lo que podría ser utilizado, por ejemplo, para capturar el calor emitido por un ordenador y el ciclo de nuevo en el sistema como energía eléctrica (por lo tanto usar menos energía de la batería o suministro de la red). 
(6) La coexistencia de ferroelectricidad, ferromagnetismo y / o ferroelasticity, típico de hierro o óxidos de manganeso. 
(7) Característica de ciertos óxidos de titanio, que incluso puede inducir la hidrólisis (la descomposición de agua en hidrógeno y oxígeno) en presencia de luz ultravioleta.

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