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Utilidades de los Semiconductores para la fabricación de dispositivos electrónicos PDF Imprimir Correo

  Caracterización de semiconductores de los grupos  III y V de la tabla periódica

Las múltiples utilidades que presentan los materiales semiconductores para la fabricación de dispositivos electrónicos le dan al estudio de las propiedades de materiales noveles gran importancia en pro de una mayor eficiencia y producción de costos en la fabricación de dichos dispositivos.

Para conocer más sobre el tema la profesora Larissa Durán, investigadora responsable del proyecto de investigación subvencionado por Condes “Caracterización Estructural-Térmica de los Semiconductores III y V Semimagnéticos”, explicará en que consiste el estudio que realiza con los semiconductores.

El objetivo principal del estudio es obtener y caracterizar muestras macizas del semiconductor In, Mn, Sb, (elementos de los grupos tres (III) y cinco (V) de la tabla periódica. Por ello trabaja en el Laboratorio de Ciencia de Materiales del Departamento de Física de LUZ, con la colaboración del Centro de Estudios de Semiconductores (CES) de la Facultad de Ciencias de la ULA

 

 

La investigación se lleva a cabo en el Laboratorio de Ciencia de Materiales del Departamento de Física de LUZ, con la colaboración del Centro de Estudios de Semiconductores (CES) de la Facultad de Ciencias de la ULA. “Desde hace muchos años se está trabajando con materiales semiconductores ternarios, expresa Durán, pero con el tiempo han surgido innovaciones sobre los materiales con propiedades ferromagnéticas. Tenemos poco tiempo trabajando con materiales semimagnéticos en este laboratorio. Se decidió que era la hora de iniciar una nueva área de los nuevos materiales; es decir, se toma un material semiconductor que no tiene propiedades magnéticas.

 

 

¿Qué significa semiconductor?

 

Es un material que tiene la propiedad de conducir bajo condiciones específicas, dependiendo del tipo de material que se tenga y ciertas condiciones va a permitir que los electrones fluyan y se dé el proceso que se está esperando.

Cuando se habla de materiales III y V se refiere a la tabla periódica, explica la investigadora, la tabla periódica está ordenada por grupos (Grupo I, II, III IV y V), en el caso de nuestra investigación, trabajamos con un material del Grupo III combinado con un material del Grupo V, que es el indio, Antimoniuro, El Antimoniuro de Indio sería la combinación de los grupos III y V. Este material semiconductor nosotros le introducimos un ion magnético que lo aporta el Manganeso.

 

Existen varios tipos de iones magnéticos, así como también existen varios elementos en el grupo de la tabla como lo son los Grupos III y V; en este caso en particular nosotros estamos trabajando con Manganeso porque es el material que se tiene disponible, pero es estricto, es decir, puedes trabajar con Cromo, con Cobalto, con Hierro que tienen la misma característica de material magnético.

¿Por qué exactamente los grupos III y V?

 A nivel físico no se puede mezclar los elementos al azar, existen unas leyes que hay que respetar, la combinación de estos dos grupos es compatibles. Hay otras combinaciones como la mezcla de los grupos II y IV que cumplen las leyes las cuales se debe respetar para que se cumplan los enlaces y se forme el material.


Un ejemplo es que me digas que quieras mezclar agua con aceite, nunca se podrá porque el aceite busca por sus propiedades separarse del agua, con los semiconductores ocurre exactamente lo mismo, si no se realiza la combinación correcta no se va a obtener un sólido homogéneo que haga que se forme el material correctamente, sino que se obtendrá huecos, un material amorfo o no se lograra el material que se esté buscando, ¿Cómo comprobar eso? Con las medidas estructurales permite decirme ésa debe ser la mezcla correcta del compuesto.

¿Cuáles son los elementos que según ha comentado son del Grupo III y V?

En el Grupo III tenemos el Indio, Galio, Aluminio que son materiales con los que se trabaja en laboratorio y en el Grupo V tenemos el Antimoniuro, Arsénico, y Fósforo, dependiendo de la combinación uno escoge la función de la bibliografía con lo que se ha estado trabajando últimamente a nivel mundial y con la disponibilidad que tenemos.

¿Qué se busca?

 A ese semiconductor que no tiene propiedades magnéticas, lo dopamos o lo abordamos con un material que, si tiene ese componente ferro magnético, lo crecemos aquí. Por sustitución él ocupa un lugar dentro de la red atómica de ese material y le va a dar a este nuevo material que sería un Antimoniuro de Indio dopado con Manganeso que da el aporte del comportamiento ferromagnético que estamos buscando.

¿Qué hacemos nosotros?

Una vez que está listo el material, y el compuesto, se evalúan las propiedades de dicho material; en este caso, nos enfocamos en las propiedades estructurales que darán la información del tamaño de la celda unitaria, a través de un análisis de rayos X, - que lamentándolo mucho no se realiza aquí porque no se tiene el equipo, por eso buscamos establecer enlaces con la ULA o la UCV o con quien tenga el equipo disponible.  Esta por celebrarse un convenio con el IVIC para instalar uno aquí, por los momentos se está trabajando para hacer esas pruebas, posiblemente en el IVIC en Caracas. Para las propiedades térmicas, nosotros tenemos el equipo y realizamos el Análisis Térmico Diferencial.

¿Cuál es la importancia de estos nuevos materiales?

Se ha descubierto que, al dopar estos materiales semiconductores, con un componente magnético, se comportan como material ferromagnético, esto es un campo nuevo de la física.
Actualmente tiene más auge, es la espintrónica. -cuando el material tiene un espín que tiene la capacidad de almacenar información y permite mejorar el diseño de la computadora, de los dispositivos, de la microelectrónica con mucha más eficiencia que con el material semiconductor con el cual se ha estado trabajando.

¿Cómo se realiza el proceso de calentamiento para ejecutar la mezcla de los materiales?


 Primeramente se seleccionan los materiales que son el Antimoniuro de Indio y el Manganeso, luego calculamos las cantidades estequiométricas que se van a utilizar de cada material, procedemos a la balanza, medimos la cantidad de gramos que necesitamos, luego lo montamos en una capsula especial para crecimiento de muestra, allí metemos los tres materiales, las sellamos al vacío y es llevado al horno, se realiza un estudio previo de cuál es la temperatura de fusión de cada uno de los materiales para alcanzar esos puntos de fusión y lograr la mezcla de todo el compuesto, la temperatura de fusión es entre 900 y 1000 °C de temperatura porque los materiales llegan al punto de fusión cercano a los 850 °C y por ello se le sube un poco más la temperatura para lograr que se realice la mezcla sin problema alguno.

Una vez que logrado la mezcla se destapa la capsula, se saca el material, se lleva a la cortadora de diamante, se corta en forma de obleas, luego cada una de las obleas en función del tamaño que se requiera para las medidas que se vayan a hacer.

En el caso nuestro la parte de rayos X, el material se tiene que pulverizar, el polvo más fino que se pueda y para hacer medidas térmicas se toma un pedacito de la muestra y se trabaja en las cápsulas del Análisis Térmico Diferencial se les lleva al vacío, se les saca todo el aire, se seca y luego se procede a colocarla dentro de este aparato dentro de dos cesticas.

En una de las cesticas se utiliza un sistema de referencia que es la lúmina y en la otra cestica el material que se encuentra dentro de la cápsula sellada, se lleva a las temperaturas de fusión y luego se enfría; se detectan las dos medidas de calentamiento y enfriamiento para luego analizar que comportamiento tuvo, que tipo de temperatura se presentaron, las transiciones que se dieron y se realiza el análisis que se tiene que hacer.

¿Cuáles serían los recursos humanos y tecnológicos esenciales para la investigación?

Contamos con personal calificado, el profesor Carlos Durante, coordinador de laboratorio, es Doctor graduado en la Universidad de Barcelona, España. Jaime Castro, Magister es auxiliar de laboratorio, se encarga de la parte técnica e investigativa del laboratorio, igualmente hay otros profesores especialistas en el área.

 

Los recursos tecnológicos un 70% han sido adquiridos por proyecto Condes y proyectos FVI de aquí de la Facultad de Ciencias y proyectos FONACIT.

 


¿En qué línea de investigación está el proyecto?

El proyecto está adscrito a las siguientes líneas de investigación: Nuevos Materiales, Semiconductores, Energía Alternativa, siendo las líneas de investigación a desarrollar en este proyecto enmarcadas en el Plan de la Nación del Gobierno Nacional.

¿Qué se busca lograr con esta investigación?

 

La ciencia siempre busca nuevos conocimientos, nuestra idea es aportar información que permita bien sea a ratificar lo que algún otro investigador haya obtenido y aportar cosas nuevas, por eso estamos en la línea de investigación de Nuevos Materiales.

¿Qué resultado se espera lograr en esta investigación?

Este material es un material cuya brecha de energía son muy bajas, lo que se tiene a la expectativa es que el material con este ion magnético presenta una reducción del tamaño de la brecha a nivel óptico. A nivel térmico esperamos que se respete el comportamiento del binario que es la combinación de los grupos III y V, en este trabajo hablando del Antimoniuro de Indio y aparezca unos picos adicionales que modifiquen sus propiedades básicas.

¿Trabajan en conjunto con otros Laboratorios?

Se trabaja la parte del magnetismo en los materiales con el Laboratorio de Material Condesado en conjunto con el profesor José Fermín, y con el Laboratorio de Energía Alternativa con la profesora Flor Virginia Pérez, contamos con la colaboración de otros compañeros que no forman parte de esos laboratorios, pero que trabajan en el área de otras Facultades, y con el IVIC Zulia estamos buscando que nos hagan la medidas de la Hipsometría y Microscopia Electrónica de Barrido y así obtener con este acuerdo un ganar-ganar.

¿Por qué es importante este proyecto Condes para la comunidad marabina?

En la investigación se genera nuevos conocimientos de las propiedades de los materiales, que incide en la creación de tecnología. Es un aporte indirecto, es decir, la información servirá de insumo para la construcción de dispositivos. Nosotros no fabricamos el dispositivo, fabricamos el material con el cual se puede hacer el dispositivo.

 

Este tipo de trabajo permite otorgar tesis de grado para nuestros estudiantes de la Licenciatura, así como insumo para trabajos de maestría, incluso de doctorado.

 La limitación que hay es con la obtención de divisa para adquirir materia prima, como el indio, el Manganeso, el Selenio, el Teluro que son los materiales básicos. Ya tenemos que racionar con las uñas para que alcance y se puedan realizar las medidas y así no malgastar el material, es un asunto de supervivencia. Aquí se trabaja con bastante austeridad y de esta manera podamos generar tesistas.




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