(Phys.org) —Los investigadores del Pacific Northwest National Laboratory han descubierto las características de un contacto eléctrico de baja resistencia con titanato de estroncio, SrTiO ₃ , un importante semiconductor de óxido prototípico. Es probable que los óxidos sean materiales importantes en los dispositivos electrónicos de próxima generación, y deben ser extremadamente pequeños. Hacer que las señales eléctricas entren y salgan de los semiconductores de óxido es difícil porque normalmente se desarrolla una gran barrera de energía en la unión con los contactos metálicos. Se requieren contactos de metal para hacer entrar y salir electricidad de un dispositivo semiconductor de la misma manera que se necesitan cables de puente para transferir energía de una batería de automóvil en buen estado a una batería descargada. Este trabajo muestra cómo eliminar esta barrera manteniendo el área de contacto extremadamente pequeña, a nivel nanométrico.

Ya sea para sistemas de defensa avanzados o productos de consumo, Nosotros, como nación, siempre buscamos un mejor desempeño y nuevas características de nuestras tecnologías de comunicación. Todavía, los límites de lo que se puede lograr con los semiconductores convencionales, como el silicio, están claramente en el horizonte. Este trabajo representa un avance importante en el uso de óxidos, que por su propia naturaleza física permiten concebir e implementar nuevas funcionalidades electrónicas.

Se depositaron películas cristalinas de cromo metálico sobre superficies monocristalinas de titanato de estroncio en ultra alto vacío usando epitaxia de haz molecular. Las heterouniones resultantes, que es donde dos materiales diferentes entran en contacto, se caracterizaron con microscopía electrónica de transmisión de barrido, espectroscopia de pérdida de energía de electrones, espectroscopia de fotoelectrones ultravioleta y de rayos X, y modelado teórico de primeros principios basado en la teoría funcional de la densidad. Trabajos anteriores de los mismos investigadores de PNNL habían demostrado que la resistencia eléctrica de esta unión es tan baja como se ha medido jamás. pero se desconocen las razones de este resultado.

Se conocen otras metalizaciones de baja resistencia, pero formarlos implica una mezcla algo desordenada de metales y lo que efectivamente se localiza fundiéndose en la unión. Este enfoque no es útil para dispositivos a nanoescala debido a la dispersión lateral resultante de la aleación en la unión.

Una investigación detallada mostró que el equivalente de 1 o 2 capas atómicas de cromo se difunden en el titanato de estroncio, ocupar sitios intersticiales, y anclar el resto de la película al óxido, resultando en una fuerte adherencia. Los átomos de cromo en difusión también transfieren electrones a los átomos de titanio en los pocos planos atómicos superiores, eliminando eficazmente la barrera de energía que de otro modo estaría presente si esta difusión y transferencia de carga no se hubiera producido, y convertir la superficie del titanato de estroncio en un metal. La unión resultante es, por tanto, una interfaz "metal / metal" en lugar de una interfaz "metal / semiconductor". Pero, a diferencia de otras interfaces de metal / óxido con baja resistencia al contacto, esta unión es estructural y composicionalmente bien definida y casi atómicamente abrupta.

La electrónica en general y las computadoras en particular representan el mayor consumo de energía en todo el mundo. Este trabajo muestra cómo se puede reducir la disipación de energía en el funcionamiento de un dispositivo que utiliza un semiconductor de óxido como ingrediente activo. El siguiente paso es utilizar cromo cristalino como contacto eléctrico en estructuras multicapa más avanzadas que podrían ser útiles no solo en la electrónica de óxidos, pero también en células solares a base de óxido. Otro trabajo futuro implica la búsqueda de otros metales que tengan las mismas propiedades útiles que el cromo para este propósito.