Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. Han desarrollado una forma de integrar materiales funcionales novedosos en un chip de computadora, lo que permite la creación de nuevos dispositivos y sistemas inteligentes.
Los nuevos materiales funcionales son óxidos, incluidos varios tipos de materiales que, hasta ahora, no podían integrarse en chips de silicio: materiales multiferroicos, que tienen propiedades ferroeléctricas y ferromagnéticas; aislantes topológicos, que actúan como aislantes a granel pero tienen conductividadpropiedades en su superficie, y nuevos materiales ferroeléctricos. Se cree que estos materiales son prometedores para aplicaciones que incluyen sensores, memoria de computadora no volátil y sistemas microelectromecánicos, que se conocen mejor como MEMS.
"Estos óxidos novedosos normalmente se cultivan en materiales que no son compatibles con los dispositivos informáticos", dice Jay Narayan, Profesor Distinguido John C. Fan, Profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en NC State y coautor de un artículo que describe el trabajo"Ahora podemos integrar estos materiales en un chip de silicio, lo que nos permite incorporar sus funciones en dispositivos electrónicos".
El enfoque desarrollado por los investigadores les permite integrar los materiales en dos plataformas, las cuales son compatibles con el silicio: una plataforma de nitruro de titanio, para usar con dispositivos electrónicos a base de nitruro; y zirconia estabilizada con itria, para usar con óxido.electrónica basada.
Específicamente, los investigadores desarrollaron un conjunto de películas delgadas que sirven como un amortiguador, conectando el chip de silicio a los nuevos materiales relevantes. La combinación exacta de películas delgadas varía, dependiendo de los nuevos materiales que se estén utilizando.
Por ejemplo, si usan materiales multiferroicos, los investigadores usan una combinación de cuatro películas delgadas diferentes: nitruro de titanio, óxido de magnesio, óxido de estroncio y óxido de manganeso de estroncio y lantano. Pero para aisladores topológicos, usarían una combinación de solo dos películas delgadas:óxido de magnesio y nitruro de titanio.
Estos tampones de película delgada se alinean con los planos de la estructura cristalina en los nuevos materiales de óxido, así como con los planos del sustrato subyacente, sirviendo efectivamente como una capa de comunicación entre los materiales.
Este enfoque, llamado epitaxia de película delgada, se basa en el concepto de epitaxia de coincidencia de dominios, y fue propuesto por primera vez por Narayan en un documento de 2003.
"La integración de estos nuevos materiales en chips de silicio hace muchas cosas posibles", dice Narayan. "Por ejemplo, esto nos permite detectar o recopilar datos, manipular esos datos y calcular una respuesta, todo en un chip compacto.Esto hace que los dispositivos sean más rápidos, más eficientes y más livianos ".
Otra posible aplicación, dice Narayan, es la creación de LED en chips de silicio, para hacer "luces inteligentes". Actualmente, los LED se hacen usando sustratos de zafiro, que no son directamente compatibles con los dispositivos informáticos.
"Ya hemos patentado esta tecnología de integración y actualmente estamos buscando socios de la industria para licenciarla", dice Narayan.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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