Fig.1:Imágenes de microscopio electrónico de barrido de las estructuras suspendidas de un diamante monocristalino, (a) voladizo, (b) puente, y (c) conmutador NEMS de 3 terminales. Se ha formado una estructura de espacio de aire en el lado del sustrato.
Los investigadores japoneses han tenido éxito en la fabricación por lotes de estructuras suspendidas (voladizos y puentes) de diamante monocristalino para sistemas nano / micro electromecánicos.
Dr. Meiyong Liao, un investigador sénior del centro de materiales de sensores, Instituto Nacional de Ciencia de Materiales, cooperó con sus colegas, Logró la fabricación por lotes de estructuras suspendidas (voladizos y puentes) de diamante monocristalino para sistemas nano / micro electromecánicos (NEMS / MEMS). Basado en este proceso, lograron en el mundo el primer interruptor NEMS de diamante monocristalino.
El interruptor NEMS tiene las ventajas de una corriente de fuga baja, bajo consumo de energía y una relación de encendido / apagado nítida en comparación con los dispositivos semiconductores convencionales. La mayoría de los conmutadores NEMS / MEMS existentes se basan en materiales de silicio o metal, que tienen los inconvenientes de una mala mecánica, químico, y estabilidad térmica, poca fiabilidad y durabilidad. El diamante es el material ideal para NEMS / MEMS debido al módulo elástico más alto, dureza mecánica, conductividad térmica, y conductividad eléctrica variable de aislante a conductor. Sin embargo, debido a la dificultad de fabricar estructuras suspendidas de diamante monocristalino, El desarrollo de dispositivos NEMS / MEMS de diamante monocristalino ha sido un desafío.
El equipo de investigación del NIMS desarrolló un proceso para fabricar estructuras de diamante monocristalino suspendidas formando localmente una capa de sacrificio de grafito en un sustrato de diamante monocristalino mediante la implantación de iones de alta energía. seguido del crecimiento de una depiladora de diamante con conductividad eléctrica mediante el método de deposición química en fase de vapor con plasma de microondas (MPCVD) y la eliminación de la capa de sacrificio de grafito. Como un desarrollo adicional de esta técnica, el grupo también tuvo éxito por primera vez en la fabricación de dispositivos de conmutación NEMS con una estructura similar a un transistor que comprende 3 electrodos.
La corriente de fuga del interruptor NEMS de diamante desarrollado es muy baja, y el consumo de energía es inferior a 10pW (picowatt). Los dispositivos presentan una alta reproducibilidad, alta fiabilidad y sin adherencia superficial. También se confirmó el funcionamiento estable del interruptor de diamante NEMS en un entorno de alta temperatura (250 ° C). El módulo de Young de la estructura en voladizo móvil se midió en 1100GPa, que está cerca del valor de los monocristales de diamantes a granel. Por lo tanto, Se puede esperar una operación de conmutación de alta velocidad (gigahercios).
En comparación con los conmutadores MEMS existentes, Se espera que los interruptores de diamante NEMS muestren funciones muy mejoradas, incluida la fiabilidad, toda la vida, velocidad, y capacidad de manipulación eléctrica, etc. Los dispositivos desarrollados se pueden aplicar como conmutadores de microondas para comunicaciones inalámbricas de próxima generación y circuitos lógicos en entornos hostiles. Estos resultados de investigación también establecen la infraestructura para diamantes NEMS / MEMS con funciones novedosas, abriendo el camino para el desarrollo de diversos productos químicos, físico, y sensores mecánicos.
