19.02.2021 - Friedrich-Schiller-Universität Jena

Una mirada más aguda al interior de los semiconductores

Un equipo de investigación está desarrollando una técnica de imagen de alta resolución que puede utilizarse para determinar las estructuras internas de los materiales y su composición química de forma no destructiva y con precisión nanométrica

Las imágenes proporcionan información: lo que podemos observar con nuestros ojos nos permite comprender. Ampliar constantemente el campo de la percepción hacia dimensiones inicialmente ocultas al ojo humano, impulsa a la ciencia a avanzar. Hoy en día, los microscopios, cada vez más potentes, nos permiten ver las células y los tejidos de los organismos vivos, el mundo de los microorganismos y la naturaleza inanimada. Pero incluso los mejores microscopios tienen sus límites. "Para poder observar estructuras y procesos hasta el nivel de la nanoescala e inferior, necesitamos nuevos métodos y tecnologías", afirma el Dr. Silvio Fuchs, del Instituto de Óptica y Electrónica Cuántica de la Universidad de Jena. Esto se aplica en particular a áreas tecnológicas como la investigación de materiales o el procesamiento de datos. "Hoy en día, los componentes electrónicos, los chips de ordenador o los circuitos son cada vez más pequeños", añade Fuchs. Junto con sus colegas, ha desarrollado un método que permite visualizar y estudiar esas diminutas y complejas estructuras e incluso "ver dentro" de ellas sin destruirlas. En el número actual de la revista científica "Optica", los investigadores presentan su método -Tomografía de Coherencia con Luz Ultravioleta Extrema (XCT, por sus siglas en inglés)- y muestran su potencial en la investigación y la aplicación.

La luz penetra en la muestra y se refleja en las estructuras internas

El procedimiento de obtención de imágenes se basa en la tomografía de coherencia óptica (OCT), establecida en oftalmología desde hace varios años, explica el doctorando Felix Wiesner, autor principal del estudio. "Estos dispositivos se han desarrollado para examinar la retina del ojo de forma no invasiva, capa por capa, para crear imágenes tridimensionales". En el oftalmólogo, la OCT utiliza luz infrarroja para iluminar la retina. La radiación se selecciona de forma que el tejido que se va a examinar no la absorba con demasiada fuerza y pueda ser reflejada por las estructuras internas. Sin embargo, los físicos de Jena utilizan luz ultravioleta de onda extremadamente corta en lugar de luz infrarroja de onda larga para su OCT. "Esto se debe al tamaño de las estructuras que queremos visualizar", dice Felix Wiesner. Para observar materiales semiconductores con estructuras de unos pocos nanómetros, se necesita una luz con una longitud de onda de sólo unos pocos nanómetros.

El efecto óptico no lineal genera una luz UV coherente de onda extremadamente corta

La generación de esta luz ultravioleta de onda extremadamente corta (XUV) solía ser un reto y casi sólo era posible en instalaciones de investigación a gran escala. Los físicos de Jena, sin embargo, generan XUV de banda ancha en un laboratorio ordinario y utilizan para ello lo que se denomina altos armónicos. Se trata de una radiación que se produce por la interacción de la luz láser con un medio y que tiene una frecuencia muchas veces superior a la de la luz original.
Cuanto mayor sea el orden de los armónicos, más corta será la longitud de onda resultante.

"De este modo, generamos luz con una longitud de onda de entre 10 y 80 nanómetros utilizando láseres infrarrojos", explica el profesor Gerhard Paulus, catedrático de Óptica No Lineal de la Universidad de Jena. "Al igual que la luz láser irradiada, la luz XUV de banda ancha resultante también es coherente, lo que significa que tiene propiedades similares a las del láser".

En el trabajo descrito en su artículo actual, los físicos expusieron estructuras de capas nanoscópicas de silicio a la radiación XUV coherente y analizaron la luz reflejada. Las muestras de silicio contenían capas finas de otros metales, como el titanio o la plata, a diferentes profundidades. Como estos materiales tienen propiedades de reflexión diferentes a las del silicio, pueden detectarse en la radiación reflejada. El método es tan preciso que no sólo se puede visualizar la estructura profunda de las diminutas muestras con una precisión nanométrica, sino que -debido al diferente comportamiento de reflexión- también se puede determinar la composición química de las muestras con precisión y, sobre todo, de forma no destructiva. "Esto hace que la tomografía de coherencia sea una aplicación interesante para inspeccionar semiconductores, células solares o componentes ópticos multicapa", afirma Paulus. Podría utilizarse para el control de calidad en el proceso de fabricación de dichos nanomateriales, para detectar defectos internos o impurezas químicas.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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