Condensadores ultrafinos fabricados con un material centenario

Los investigadores en ciencia de materiales y microelectrónica están buscando formas sostenibles de satisfacer las necesidades de potencia informática del mundo. Esto se puede lograr mediante el desarrollo de microelectrónica que opere a voltajes mucho más bajos y requiera menos energía. Por lo tanto, se necesitan con urgencia alternativas de película delgada a los componentes electrónicos.

Un grupo de investigadores de Berkeley Lab y UC Berkeley ahora han descubierto un método de eficiencia energética que crea una versión de película delgada de un material conocido con las propiedades exactas necesarias para los dispositivos de próxima generación.

El titanato de bario (BaTiO3), descubierto por primera vez hace más de 80 años, se usa en una variedad de capacitores para circuitos electrónicos, generadores ultrasónicos, transductores e incluso sonares. Los científicos encontraron una manera de hacer películas de BaTiO3 de solo 25 nanómetros de espesor, o menos de una milésima parte del ancho de un cabello humano. Su polarización, o la orientación de los átomos cargados, cambia tan rápida y efectivamente como en la forma global.

“Conocemos el BaTiO3 desde hace casi un siglo y sabemos cómo hacer películas delgadas de este material desde hace más de 40 años. Pero hasta ahora, nadie ha sido capaz de hacer una película que se acerque a la estructura o el rendimiento que se podría lograr en grandes cantidades", dijo Lane Martin, científico de la facultad en la División de Ciencias de los Materiales (MSD) en Berkeley Lab y profesor de materiales. ciencia e ingeniería en la UC Berkeley, quien dirigió el trabajo.

Los investigadores utilizaron un método conocido como deposición por láser pulsado para comprender mejor lo que se requiere para producir las mejores películas delgadas de BaTiO3 con pocos defectos. BaTiO3 es una sustancia cerámica que se convierte en plasma cuando se le dirige un intenso haz de láser ultravioleta. Luego, el plasma transfiere átomos del objetivo a una superficie para crear la película. "Es una herramienta versátil que nos permite ajustar muchos controles en el crecimiento de la película y ver cuáles son los más importantes para controlar las propiedades", dijo Martin.

Al cortar cada muestra depositada por la mitad y analizar su estructura átomo por átomo, los investigadores descubrieron una versión que reproducía con precisión una porción muy estrecha de la masa. Eventualmente, Martin y su equipo fabricaron pequeños capacitores intercalando una película de BaTiO3 entre dos capas de metal.