Una nueva plataforma de microscopía de microondas estimula el desarrollo de materiales semiconductores de alta calidad
La nanotecnología se está expandiendo a gran velocidad y, discretamente, se está introduciendo cada vez en más productos. Además de su uso tradicional en microchips, los avances en el ámbito están llegando a una gran variedad de aplicaciones nuevas, como en la medicina, energía, baterías, combustibles y sensores químicos. La correcta fabricación de productos nanotecnológicos requiere mayores conocimientos sobre cómo se comporta la materia a escala atómica. «La calidad y el rendimiento de los productos manufacturados dependen en gran medida de las propiedades químicas, eléctricas, electrónicas y ópticas de los materiales a nanoescala. Puede alcanzarse un control preciso del rendimiento modificando las interfaces de los materiales», señala Kamel Haddadi, coordinador del proyecto financiado con fondos europeos MMAMA. «Resulta crucial disponer de datos exhaustivos sobre las propiedades de las interfaces, dado que a menudo ocultan las propiedades de los semiconductores en bloque, o se superponen a ellas, dificultando así el diseño de productos».
Las propiedades más imprecisas se van aclarando
MMAMA desarrolló una nueva plataforma de imagenología que integra instrumentos y herramientas de modelización que permiten un análisis detallado de esas interfaces y la modelización de sus propiedades. «Nuestra plataforma de microscopía de microondas permite un análisis avanzado de los materiales semiconductores empleados en celdas fotovoltaicas y circuitos electrónicos», añade Haddadi. La microscopía de microondas de barrido ofrece un método no invasivo de examinar importantes fenómenos que se producen a una escala de milmillonésimas de metro. En general, la microscopía de microondas de campo cercano combina la excepcional resolución espacial de un microscopio de fuerza atómica con las excelentes capacidades de medición eléctrica de un analizador de redes vectoriales. La punta del microscopio de fuerza atómica escanea la muestra a una distancia de unos pocos nanómetros sobre la superficie y emite una señal de microondas que el material dispersa. Las microondas son mucho mayores que las superficies de los nanomateriales que se están observando. Pero cuando se emiten a una distancia minúscula, las microondas de campo cercano reflejan una imagen increíblemente detallada de la muestra. «MMAMA demostró que la avanzadísima tecnología de análisis por microscopía de microondas todavía puede mejorarse en términos de sensibilidad y de resolución espacial y temporal para su utilización en diferentes tipos de sondas de microondas, como las puntas basadas en diapasones», señala Haddadi. «Nuestra plataforma integra herramientas de microscopía de microondas de barrido, imagenología por radar de espacio libre, espectroscopia de impedancia, un resonador dieléctrico y modelos de simulación». El nuevo resonador dieléctrico «split-post», que funciona a 10 GHz, se instaló en un escáner de canal portátil para caracterizar las propiedades de los materiales, como la constante dieléctrica, a macroescala. La verificación cruzada con diferentes instrumentos y modelos de simulación resultó indispensable para obtener unos resultados de medición fiables.
Aplicaciones de la tecnología
En el ámbito de las celdas fotovoltaicas de tercera generación, la microscopía de microondas de barrido puede registrar cargas eléctricas que se mueven de capa a capa a través de las interfaces y juntándose selectivamente en los electrodos. «Las mediciones con microscopía de microondas de barrido permiten caracterizar las propiedades eléctricas de semiconductores híbridos u orgánicos nanoestructurados utilizados en celdas fotovoltaicas de nueva generación. Ayudan a predecir el rendimiento en las primeras etapas de desarrollo de prototipos, acelerando así la comercialización de celdas fotovoltaicas de alta eficacia. Con la información de las mediciones de microscopía, un resonador dieléctrico podría integrarse directamente en las líneas de producción fotovoltaica para supervisar los procesos de deposición de películas finas», explica Haddadi. La plataforma de microondas avanzada a multiescala de MMAMA también puede emplearse en chips electrónicos convencionales basados en uniones p-n, interfaces entre semiconductores que transportan cargas positivas y negativas. Al integrar instrumentos, «software», herramientas de modelización y calibrado, la nueva plataforma de microondas debería permitir un desarrollo más rápido de nanodispositivos y materiales semiconductores nuevos.
Palabras clave
MMAMA, microscopía de microondas, semiconductor, interfaz, celdas fotovoltaicas, resonador dieléctrico, modelización