El grafeno es transparente en la epitaxia de semiconductores

Dibujo20170421 remote epitaxy through graphene nature 544301a-f1

Los circuitos integrados semiconductores se fabrican por epitaxia (crecimiento epitaxial). Sobre un sustrato cristalino se crece una capa uniforme y de poco espesor del mismo, u otro, material con la misma estructura cristalina. Una vez crecida, la sobrecapa epitaxial no puede exfoliarse. Se publica en Nature que el grafeno es transparente a la epitaxia: una hoja de grafeno monocapa sobre el sustrato permite el crecimiento epitaxial de la sobrecapa. Su ventaja es que permite la exfoliación posterior (ya que la sobrecapa se une al sustrato por fuerzas de van der Waals).

La epitaxia permite crecer InAs sobre un sustrato de GaSb, o SiGe sobre Si, o AlGaAs sobre GaAs. El resultado es un cristal más grande, con la sobrecapa unida al sustrato por enlaces covalentes (muy fuertes), como cuando se crece GaAs sobre GaAs. La exfoliación posterior de la sobrecapa es imposible. Investigadores del MIT han descubierto que una capa intermedia de grafeno no afecta de forma negativa al crecimiento epitaxial de GaAs sobre GaAs, pero da lugar a enlaces más débiles que los covalentes entre la sobrecapa y el sustrato. La técnica es aplicable a otros materiales similares. Gracias a ello, se podrán fabricar gran número de heteroestructuras y superredes, materiales formados por capas muy delgadas (de pocos átomos de grosor) de diferentes materiales.

Una revolución en la industria de semiconductores está en ciernes. El artículo Yunjo Kim, Samuel S. Cruz, …, Jeehwan Kim, “Remote epitaxy through graphene enables two-dimensional material-based layer transfer,” Nature 544: 340–343 (20 Apr 2017), doi: 10.1038/nature22053; más información en Minjoo Larry Lee, “Materials science: Crystals aligned through graphene,” Nature 544: 301–302 (20 Apr 2017), doi: 10.1038/544301a, y Douglas Natelson, “Ready-to-peel semiconductors!” Nanoscale Views, 20 Apr 2017.

Dibujo20170421 Substrate-epilayer remote interaction with different gaps stacked graphene interlayers nature22053-f1

La gran ventaja del grafeno es su grosor subnanométrico, unos 0,33 nm = 3,3 Å. Una monocapa de GaAs tiene un grosor similar, unos 0,28 nm, por ello una monocapa de grafeno impide la formación de enlaces covalentes a su través; entre la monocapa superior del sustrato y la monocapa inferior de la sobrecapa crecida por epitaxia solo se pueden formar enlaces moleculares más débiles.

Dibujo20170421 Characterization of GaAs grown on the monolayer graphene-GaAs substrate nature22053-f2

Más aún, cuando se crecen varias capas de GaAs, alcanzando tamaños de al menos 1 nm (entre 3 y 4 monocapas), se puede usar una técnica de exfoliación para eliminar la sobrecapa de GaAs sin afectar al sustrato. La nueva técnica es tan sencilla que permite su uso comercial inmediato (eso sí, a costa de usar grafeno). Sus ventajas son múltiples, sobre todo en crecimiento epitaxial 3D de semiconductores.

Dibujo20170421 AlGaInP-GaInP double heterojunction LEDs on a graphene-GaAs substrate nature22053-f3

Como prototipo se ha desarrollado un nuevo LED basado en una heteroestructura doble de AlGaInP-GaInP crecida sobre un sustrato de grafeno-GaAs. La nueva técnica promete permitir el desarrollo de gran número de nuevos dispositivos semiconductores de interés industrial, tanto en electrónica, como en óptica e, incluso, en ingeniería térmica.

2 Comentarios

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Tu anciana abuelaTu anciana abuela

El grafeno y la CRISPR van a ser la base del ciclo de crecimiento económico explosivo que no tardará en aparecer por el horizonte.

GerardoGerardo

El que finalmente de con una técnica sencilla para producir grafeno industrialmente simplemente se va a volver millonario

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