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Instituto Politécnico Nacional
Secretaría de Investigación y Posgrado
Premio a la Investigación en el Instituto Politécnico Nacional 2016
Categoría: Investigación desarrollada por Investigadores Jóvenes
Ganador: Dr. Norberto Hernández Como
Unidad Académica: Centro de Nanociencias y Micro y Nanotecnologías
Desarrollo de materiales dieléctricos de alta-k depositados por el método de
pulverización catódica para su aplicación en transistores de efecto de campo
La creciente necesidad de tener dispositivos electrónicos resistentes al agua, al impacto físico
por caídas, al doblamiento mecánico, a las temperaturas extremas, así como una mejor duración
de la batería, ha hecho que la electrónica flexible sea un campo de investigación que actualmente
está creciendo muy fuerte en la comunidad científica. Sin embargo, para llegar a tener todas esas
cualidades, los dispositivos electrónicos tal como los que usamos hoy en día tienen que volver a
reinventarse. Esto significa que no podemos utilizar la tecnología actual, basada en silicio ni
ninguna en donde se utilicen procesos de alta temperatura o sustratos rígidos, para poder obtener
esas características en nuestros dispositivos electrónicos, sino que tenemos que desarrollar
nuevos materiales con esas propiedades. En esta investigación se estudiaron y desarrollaron:
materiales y dispositivos electrónicos básicos. La investigación se centró en estudiar materiales
dieléctricos y semiconductores, esto debido a que, para la fabricación de transistores, elemento
principal en cualquier circuito electrónico, se requiere obtener estos materiales primero y conocer
sus propiedades eléctricas por separado. Se estudiaron una gran diversidad de materiales
dieléctricos (SiO2, Si3N4, TiO2, Al2O3, TiXAl1-XOy) bajo diferentes condiciones de depósito
mediante la técnica de Sputtering para la fabricación de capacitores. Los capacitores obtenidos
permitieron obtener corrientes de fuga menores a 10-7 A, campos eléctricos de rompimiento de
hasta 4x105 V/cm y constantes dieléctricas de hasta 25. Los resultados anteriores son
alentadores pues el llegar a obtener constantes dieléctricas del orden de 25 nos permite pensar
que al fabricar transistores con estos dieléctricos se obtendrían corrientes de salida más altas a
lo que existe normalmente con esta tecnología o que podemos modificar las dimensiones del
transistor sin afectar su desempeño eléctrico. Otro estudio relevante de esta investigación fue el
uso del semiconductor ZnO y un material orgánico conductor, PEDOT:PSS, para fabricar diodos
de barrera Schottky. Mediante la apropiada preparación y combinación de estos dos materiales,
se fabricaron diodos Schottky con características superiores a lo que se reporta en la literatura,
utilizando materiales y procesos similares. Los diodos presentan una altura de barrera de hasta
0.93 eV, densidad de corriente de saturación de 1x10-9 A/cm2, factor de idealidad de 1.4 y razón
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de rectificación de hasta 5 órdenes de magnitud. Los procesos de fabricación para capacitores y
diodos desarrollados en esta investigación son totalmente compatibles con la tecnología de
electrónica flexible. Además, con los capacitores y diodos fabricados se realizaron algunas
pruebas de aplicación en circuitos específicos, así pues, los diodos se probaron como circuitos
rectificadores de media onda y de onda completa, mientras que con los capacitores se
desarrollaron circuitos convertidores digital-analógico y osciladores de onda cuadrada. El
desempeño de estos circuitos fue muy aceptable al compararlo con su contraparte comercial. En
un futuro esperamos poder combinar estos dos dispositivos para poder fabricar transistores de
película delgada que puedan ser utilizados para fabricar circuitos complejos. Además de transferir
nuestro trabajo hacia los sustratos flexibles y finalmente demostrar que es posible desarrollar esta
tecnología poco explorada en México.
Toda esta investigación estará disponible a la comunidad politécnica a través del Centro de
Nanociencias y Micro y Nanotecnologías con el objetivo de extender las aplicaciones de estos
dispositivos en un campo multidisciplinario.