Un equipo de investigadores de la Universidad Aix Marseille en Marsella, Francia, dirigida por el Dr. Frédéric Leroy, desarrolló una técnica que les permite seguir los procesos físicos que ocurren en las superficies de los materiales a nivel atómico in situ y en tiempo real. Este nuevo proceso permitió al equipo de investigación estudiar la cinética de descomposición de una fina capa de dióxido de silicio depositada sobre silicio durante un tratamiento térmico. un componente crítico en microelectrónica. El enfoque se basa en los principios de la microscopía electrónica.
El dióxido de silicio es uno de los componentes básicos más importantes de la microelectrónica y su estabilidad térmica es fundamental para el rendimiento del dispositivo. La descomposición de una fina capa de dióxido de silicio en silicio ha sido objeto de gran interés científico durante cuatro décadas. Estudios previos muestran que la descomposición ocurre de manera no homogénea en la superficie a través de la formación local de agujeros en la capa de óxido que se extienden lateralmente. Es necesario comprender los procesos atómicos elementales responsables de la velocidad de apertura de estos orificios para mejorar el rendimiento del óxido de silicio.
Para que el equipo de investigación logre una mejor comprensión de las propiedades de los nanomateriales, se necesitaban herramientas de caracterización avanzadas.
"Necesitábamos poder caracterizar la estructura (cristalografía, Talla, forma) y las propiedades químicas al mismo tiempo y poder seguir in situ y en tiempo real los cambios durante un proceso dado para una rápida retroalimentación de los parámetros experimentales, ", Explicó Leroy." Nuestro enfoque basado en la microscopía electrónica de baja energía es la piedra angular de nuestros logros ".
Sin embargo, incluso con el nuevo instrumento, el equipo enfrentó desafíos. La obtención de mediciones en tiempo real de la descomposición térmica del dióxido de silicio fue particularmente difícil, ya que el proceso completo ocurre en solo unos minutos en una ventana de temperatura estrecha.
"Era imposible ajustar todos los parámetros de control del microscopio electrónico antes de que comenzara el proceso de descomposición, ya que el dióxido de silicio es amorfo, así que tuvimos que ajustar finamente la configuración en unos segundos tan pronto como el óxido se descompone para caracterizar todo el proceso, "Explicó Leroy.
Sin embargo, la meticulosa medición arrojó algunos resultados sorprendentes. Leroy y su equipo de investigación encontraron evidencia experimental de que el proceso de descomposición no estaba inicialmente en un régimen de estado estacionario como habían argumentado estudios previos.
"Nuestros resultados implican que la visión convencional de un régimen de estado estacionario para la descomposición del dióxido de silicio se relaciona con una reacción simplificada Si + SiO2-> 2SiO (g) que ocurre en el borde del agujero no es generalmente cierto, "Dijo Leroy. En cambio, Los resultados del equipo implican que la descomposición del dióxido de silicio se produce mediante la nucleación de agujeros y la apertura con forma circular. La velocidad de apertura de los orificios está íntimamente relacionada con la tasa de descomposición del dióxido de silicio en la periferia de los orificios. Inicialmente, Los agujeros grandes se abren rápidamente gracias a una reacción química catalizada por especies como los hidroxilos de Si presentes en el interior del agujero. Los investigadores sospechan que estas especies se aglomeran durante el recocido térmico prolongado y se liberan dentro de los orificios durante la descomposición del dióxido de silicio.
Las principales aplicaciones de este trabajo son en microelectrónica, particularmente todos los pasos de los tratamientos térmicos.
"Hemos demostrado que el dióxido de silicio formado por un tratamiento químico húmedo es muy defectuoso después de un largo recocido térmico, ", Dijo Leroy." El siguiente paso en nuestra investigación es estudiar la interacción entre las reacciones químicas y la mejora de la movilidad de las nanoestructuras ".
