A diferencia de sus hom\u00f3logos cristalinos, que presentan una disposici\u00f3n ordenada de los \u00e1tomos, la estructura reticular del a-SiC se organiza de forma aleatoria; sin embargo, esta aleatoriedad confiere a este material una notable resistencia.<\/p>\n
Investigadores de la Universidad Tecnol\u00f3gica de Delft acaban de desentra\u00f1ar las propiedades mec\u00e1nicas de un nuevo material innovador con una precisi\u00f3n sin precedentes, lo que abre la puerta a posibles usos futuros de este material incre\u00edblemente resistente y flexible a la vez.<\/p>\n
El carburo de silicio es un material semiconductor de banda ancha que se encuentra tanto en forma cristalina como amorfa. Las formas amorfas han ganado atenci\u00f3n por sus propiedades mec\u00e1nicas \u00fanicas, inercia qu\u00edmica, dureza e inercia qu\u00edmica que los hacen adecuados para aplicaciones tales como revestimientos protectores en entornos de trabajo dif\u00edciles, as\u00ed como sensores nanomec\u00e1nicos.<\/p>\n
Para conseguir las propiedades f\u00edsicas y qu\u00edmicas deseadas de una l\u00e1mina delgada de a-SiC, puede ser necesario seguir varios pasos de optimizaci\u00f3n. Esto es especialmente importante a la hora de fabricar revestimientos protectores con este material, ya que la pel\u00edcula debe permanecer estable tras su fabricaci\u00f3n.<\/p>\n
Esto puede ser un reto dif\u00edcil, y se han explorado diferentes enfoques para mejorar las propiedades del a-SiC. Un factor clave es su estructura cristalina, que est\u00e1 controlada por las condiciones de deposici\u00f3n: por ejemplo, la temperatura y la potencia de radiofrecuencia durante la deposici\u00f3n influyen en su configuraci\u00f3n at\u00f3mica, que influye directamente en las propiedades \u00f3pticas y el\u00e9ctricas, al igual que la incorporaci\u00f3n de hidr\u00f3geno durante el propio proceso de deposici\u00f3n.<\/p>\n
La disposici\u00f3n at\u00f3mica del A-SiC suele caracterizarse por el desorden estructural, a menudo debido a la distorsi\u00f3n angular de la configuraci\u00f3n de bandas o a la degradaci\u00f3n por formaci\u00f3n de enlaces Si-Si y C-Si o incluso enlaces colgantes; estos defectos pueden minimizarse mediante unas condiciones de sputtering adecuadas, un paso esencial cuando se trabaja con aplicaciones que requieren estructuras qu\u00edmicas estables.<\/p>\n
A primera vista, los \u00e1tomos del a-SiC est\u00e1n cu\u00e1druplemente coordinados; en el SiC cristalino, este patr\u00f3n permanece constante a lo largo de grandes distancias. Pero en el SiC amorfo esta estructura cambia, con algunos \u00e1tomos que no est\u00e1n completamente cu\u00e1druplemente coordinados formando una red aleatoria irregular y algunos que no se unen a sus otros tres hom\u00f3logos (lo que se conoce como \"enlaces colgantes\"). El hidr\u00f3geno puede ayudar a pasivar estos enlaces y mejorar notablemente las propiedades de este material.<\/p>\n
El carburo de silicio, cuya f\u00f3rmula qu\u00edmica es SiC, presenta una gran variedad de configuraciones at\u00f3micas y es un semiconductor excepcional con una brecha energ\u00e9tica de entre 3eV y 5eV.<\/p>\n
El carburo de silicio puede doparse como n con nitr\u00f3geno o f\u00f3sforo y como p con boro, aluminio o galio para conseguir distintos efectos. El carburo de silicio tambi\u00e9n ha demostrado ser un excelente conductor el\u00e9ctrico, y el dopaje met\u00e1lico aumenta a\u00fan m\u00e1s su conductividad. Debido a su elevado punto de fusi\u00f3n, es un excelente candidato para la producci\u00f3n de cer\u00e1micas y materiales refractarios; la moissanita se encuentra de forma natural en rocas de meteoritos, as\u00ed como en dep\u00f3sitos de corind\u00f3n y kimberlita; sin embargo, hoy en d\u00eda la mayor parte del carburo de silicio que se vende en todo el mundo es sint\u00e9tico.<\/p>\n
Al igual que su hom\u00f3logo cristalino, el carburo de silicio amorfo presenta unas propiedades mec\u00e1nicas excepcionales en t\u00e9rminos de resistencia a la fractura y a la compresi\u00f3n, con un m\u00f3dulo de Young igual al de su hom\u00f3logo.<\/p>\n
Estas propiedades hacen del carburo de silicio amorfo un material excelente para aplicaciones de interfaz neural que impliquen el implante cr\u00f3nico de matrices de microelectrodos, en las que sus dimensiones transversales deben permanecer estables durante el uso cr\u00f3nico. El grosor del implante debe ser lo suficientemente fino como para minimizar las respuestas inflamatorias y, al mismo tiempo, mantener estable la dimensi\u00f3n transversal, ya que los implantes m\u00e1s finos est\u00e1n m\u00e1s cerca de alcanzar su umbral de deformaci\u00f3n; en estos casos, los m\u00f3dulos de Young m\u00e1s elevados proporcionan una resistencia adicional, lo que reduce las posibilidades de que el conjunto se vuelva inestable tras un uso cr\u00f3nico. En estos casos, el carburo de silicio amorfo ofrece una gran alternativa a materiales m\u00e1s r\u00edgidos como el titanio, ya que su mayor m\u00f3dulo de Young reduce las posibilidades de inestabilidad de la matriz durante el uso cr\u00f3nico en comparaci\u00f3n con sus hom\u00f3logos de materiales m\u00e1s r\u00edgidos como el titanio en este tipo de aplicaciones, lo que supone otra ventaja de resistencia frente a materiales m\u00e1s r\u00edgidos como el titanio, ya que reduce las posibilidades de inestabilidad cr\u00f3nica durante la colocaci\u00f3n a largo plazo en comparaci\u00f3n con los materiales m\u00e1s r\u00edgidos como el titanio, ya que su mayor m\u00f3dulo de Young reduce el riesgo en este tipo de aplicaciones, reduciendo el riesgo de inestabilidad durante periodos de implantaci\u00f3n prolongados, lo que supone un ahorro considerable frente a sus hom\u00f3logos.<\/p>\n
Investigadores de la Universidad de Manchester examinaron la resistencia a la tracci\u00f3n del carburo de silicio amorfo con el fin de optimizarlo para aplicaciones de interfaz neuronal, creando un m\u00e9todo innovador para probar su resistencia. En lugar de recurrir a m\u00e9todos tradicionales que podr\u00edan introducir imprecisiones debido a los m\u00e9todos de anclaje para probar materiales como este en superficies de prueba, crearon una soluci\u00f3n innovadora a microescala de microchip haciendo crecer nanoanillos de este material en \u00e9l y suspendi\u00e9ndolos para determinar la resistencia m\u00e1xima a la tracci\u00f3n.<\/p>\n
El equipo de investigadores pudo obtener resultados muy pr\u00f3ximos al valor te\u00f3rico de la resistencia a la tracci\u00f3n de este material inspeccionando cuidadosamente su estructura y la geometr\u00eda de los nanostrings. Confirmaron que su m\u00e9todo de suspensi\u00f3n era compatible con su inercia qu\u00edmica; las socavaciones por grabado en seco alteraban m\u00ednimamente la suspensi\u00f3n, por lo que tambi\u00e9n fue posible medir la fuerza necesaria para romper una nanoespira.<\/p>\n
El estado amorfo del carburo de silicio le confiere una resistencia \u00faltima a la tracci\u00f3n y unas propiedades el\u00e1sticas extraordinariamente elevadas, as\u00ed como resistencia a la fatiga, el agrietamiento y la deformaci\u00f3n, cualidades que lo convierten en un material excelente para aplicaciones que exigen integridad estructural y durabilidad, como los dispositivos MEMS o los componentes aeroespaciales.<\/p>\n
Las propiedades mec\u00e1nicas del carburo de silicio amorfo se han evaluado mediante t\u00e9cnicas de nanoindentaci\u00f3n y abombamiento, junto con la medici\u00f3n del m\u00f3dulo de Young y la relaci\u00f3n de Poisson. La hidrogenaci\u00f3n durante la deposici\u00f3n ha demostrado tener un efecto inmenso en estas propiedades; en particular para el polimorfo alfa (a-SiC) con estructura cristalina de Wurtzita; en comparaci\u00f3n, el polimorfo beta (a-SiC:H) con estructura cristalina de zinc blenda ha demostrado ser m\u00e1s estable, aunque no adecuado para uso industrial debido a su baja dureza.<\/p>\n
El carburo de silicio se emple\u00f3 por primera vez en la electr\u00f3nica de semiconductores como diodos emisores de luz y detectores para las primeras radios en 1907. Desde entonces, su resistencia a altas temperaturas y tensiones lo ha convertido en un componente clave de numerosos productos electr\u00f3nicos y su uso abarca desde escudos t\u00e9rmicos de naves espaciales hasta joyas y aislantes.<\/p>\n
En los \u00faltimos a\u00f1os, el carburo de silicio amorfo (a-SiC) ha ido ganando popularidad como tecnolog\u00eda facilitadora de la microelectr\u00f3nica avanzada. La naturaleza amorfa \u00fanica del material permite a los dise\u00f1adores experimentar con nuevos enfoques de dise\u00f1o, lo que se traduce en un mayor rendimiento a un coste menor que con los materiales cristalinos.<\/p>\n
A pesar de este gran inter\u00e9s, el a-SiC sigue encontrando una gran resistencia en la industria. Pero su escalabilidad ofrece esperanzas, ya que la producci\u00f3n puede llevarse a cabo eficientemente en grandes vol\u00famenes con costes m\u00ednimos.<\/p>\n
Las propiedades \u00fanicas del a-SiC han brindado la oportunidad de innovar en diversas aplicaciones, desde revestimientos protectores hasta catalizadores de alta temperatura y pilas de combustible. Adem\u00e1s, su naturaleza amorfa ha permitido a los investigadores idear nuevas t\u00e9cnicas para fabricar resonadores con patrones, ideales para aplicaciones de detecci\u00f3n, como la monitorizaci\u00f3n de galgas extensom\u00e9tricas.<\/p>\n
El carburo de silicio amorfo (ASC) es un atractivo semiconductor con una amplia banda de separaci\u00f3n y una alta conductividad t\u00e9rmica, lo que lo hace adecuado para aplicaciones optoelectr\u00f3nicas y microelectr\u00f3nicas debido a su baja p\u00e9rdida de energ\u00eda. El ASC puede doparse con dopantes de nitr\u00f3geno, f\u00f3sforo y aluminio para su funcionamiento como dopante de tipo n o p, con una conductividad met\u00e1lica que se consigue mediante un fuerte dopaje de dopantes de boro o galio. Adem\u00e1s, su elevada intensidad de campo el\u00e9ctrico de ruptura hace que el ASC sea ideal para aplicaciones como supercondensadores y MOSFET.<\/p>\n
Las pel\u00edculas delgadas de carburo de silicio han encontrado aplicaciones en todo tipo de aplicaciones de ingenier\u00eda, desde dispositivos y sensores electr\u00f3nicos de banda prohibida ancha, sensores MEMS, c\u00e9lulas solares fotovoltaicas y diodos emisores de luz hasta diodos emisores de luz y pel\u00edculas de m\u00e1scara dura. Las pel\u00edculas de carburo de silicio han suscitado especial inter\u00e9s por su capacidad para producirse mediante distintas t\u00e9cnicas de fabricaci\u00f3n con el fin de satisfacer las propiedades especializadas necesarias para usos concretos. Los materiales amorfos de carburo de silicio a nanoescala siguen siendo poco conocidos. Por ello, los autores de este estudio desarrollaron una t\u00e9cnica innovadora para caracterizar materiales a nanoescala.<\/p>\n
Los investigadores utilizaron una t\u00e9cnica de sonda de bombeo de femtosegundos con l\u00e1seres que pueden sintonizarse a diferentes longitudes de onda para analizar pel\u00edculas finas de carburo de silicio amorfo a escala nanom\u00e9trica mediante mediciones de sonda de bombeo de femtosegundos con l\u00e1seres sintonizados a longitudes de onda espec\u00edficas, con l\u00e1seres capaces de sintonizarse a m\u00faltiples longitudes de onda para una caracterizaci\u00f3n qu\u00edmica y f\u00edsica precisa de sus \u00e1tomos constituyentes y disposiciones moleculares, midiendo las composiciones superficiales, examinando las disposiciones constituyentes y refinando a\u00fan m\u00e1s este an\u00e1lisis mediante mediciones Raman y XPS; los resultados revelaron dos fases distintas; una fase que conten\u00eda carbono y otra que conten\u00eda silicio.<\/p>\n
Los investigadores tambi\u00e9n midieron las propiedades el\u00e9ctricas de las pel\u00edculas de a-SiC. Descubrieron que, en general, sus propiedades el\u00e9ctricas eran \u00f3hmicas a campos el\u00e9ctricos bajos, pero que no lo eran a campos el\u00e9ctricos altos. Bas\u00e1ndose en esta observaci\u00f3n, se puede suponer que cuando se exponen a campos el\u00e9ctricos m\u00e1s altos, las pel\u00edculas experimentan una transici\u00f3n de fase que conduce a un aumento de los enlaces Si-Si y Si-C, as\u00ed como a una disminuci\u00f3n de la densidad at\u00f3mica global.<\/p>\n
Comprender este fen\u00f3meno es importante, porque podr\u00eda permitir el desarrollo de materiales amorfos de carburo de silicio con conductividad y fiabilidad mejoradas para interfaces neuronales. Las interfaces neuronales requieren matrices de electrodos con baja resistencia y umbrales de pandeo para soportar un implante cr\u00f3nico, algo dif\u00edcil de conseguir con materiales amorfos m\u00e1s finos y susceptibles a da\u00f1os tisulares y fallos biomec\u00e1nicos.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
A diferencia de sus hom\u00f3logos cristalinos, que presentan una disposici\u00f3n ordenada de los \u00e1tomos, la estructura reticular del a-SiC se organiza de forma aleatoria; sin embargo, esta aleatoriedad confiere a este material una resistencia extraordinaria. Investigadores de la Universidad Tecnol\u00f3gica de Delft acaban de desentra\u00f1ar las propiedades mec\u00e1nicas de un nuevo material innovador con una precisi\u00f3n sin precedentes, lo que abre las puertas a posibles usos futuros de este ...<\/p>\n