Muchos dispositivos semiconductores de la tecnología moderna, desde circuitos integrados hasta células solares y LED, se basan en nanoestructuras. La producción de matrices de nanoestructuras regulares generalmente requiere un esfuerzo sustancial. Si fueran autoorganizados, la producción de tales dispositivos sería considerablemente más rápida y, por tanto, los costes se hundirían. Dr. Stefan Facsko del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) y Dr. Xin Ou del Instituto de Microsistemas y Tecnología de la Información de Shanghai (SIMIT), Academia china de ciencias, ahora han demostrado un método para la autoorganización de matrices nanoestructuradas a través de una amplia irradiación con haz de iones. Los resultados han sido publicados en la revista científica Nanoescala .

En su asombroso método, los investigadores utilizan haces de iones, que son rapidos, átomos cargados eléctricamente. Dirigen un amplio haz de iones de gas noble sobre una oblea de arseniuro de galio, cuales, por ejemplo, se utiliza en la producción de transistores de alta velocidad y alta frecuencia, fotocélulas o diodos emisores de luz. "Se podría comparar el bombardeo de iones con el chorro de arena. Esto significa que los iones salen de la superficie del objetivo. Allí, las nanoestructuras deseadas se crean por sí mismas, "explica el Dr. Facsko. La estructura regular y finamente cincelada recuerda a las dunas de arena, estructuras naturales creadas por el viento. Todo ocurre sin embargo, en un nano-reino, con una mera distancia de cincuenta nanómetros entre dos dunas, las hebras de cabello humano son dos mil veces más gruesas.

Bombardeo de iones a temperatura elevada

A temperatura ambiente, sin embargo, el haz de iones destruye la estructura cristalina del arseniuro de galio y, por tanto, sus propiedades semiconductoras. Por lo tanto, el grupo del Dr. Facsko en el Ion Beam Center del HZDR aprovecha la oportunidad para calentar la muestra durante el bombardeo de iones. Aproximadamente a cuatrocientos grados Celsius, las estructuras destruidas se recuperan rápidamente.

Un efecto adicional asegura que se desarrollen las nanodunas en la superficie del semiconductor. Los iones que chocan no solo desplazan los átomos que golpean, pero también eliminan por completo los átomos individuales de la estructura cristalina. Dado que el arsénico volátil no permanece unido a la superficie, pronto la superficie se compone únicamente de átomos de galio. Para compensar los enlaces del átomo de arsénico que faltan, se forman pares de dos átomos de galio, que se disponen en largas filas. Si el haz de iones destruye más átomos junto a ellos, los pares de galio no pueden deslizarse por el escalón que se ha creado porque las temperaturas son demasiado bajas para que esto suceda. Así es como las largas filas de pares de galio forman nano-dunas después de un período de tiempo, en el que varios pares de líneas largas se encuentran una al lado de la otra.

Fueron necesarios muchos experimentos a diferentes temperaturas y cálculos completos para preservar el estado cristalino del material semiconductor y producir estructuras bien definidas a nanoescala. El Dr. Facsko del HZDR dice:"El método de epitaxia inversa funciona para varios materiales, pero aún se encuentra en su fase de investigación básica. Debido a que utilizamos iones de baja energía (menos de 1 kilovoltio), que se puede generar utilizando métodos simples, esperamos poder señalar el camino para la implementación industrial. La fabricación de estructuras similares con los métodos actuales del estado de la técnica requiere un esfuerzo considerablemente mayor ".