Rama de Ingeniería y Arquitectura

GIR

Grupo de caracterización de materiales y dispositivos electrónicos ( Electronic materials and devices characterization group, GCME)

OBJETIVOS

  • El grupo de  Caracterización eléctrica de materiales y dispositivos electrónicos ha puesto a punto un conjunto de técnicas estándar basadas en el análisis de los mecanismos de conducción y de los parámetros eléctricos (capacidad, conductancia, corriente, etc), que permiten realizar el estudio detallado de una amplia variedad de fenómenos relacionados con la existencia de defectos e impurezas en semiconductores, con efectos ligados a los parámetros utilizados en los procesos de la tecnología microelectrónica, etc. También se han realizado modificaciones de técnicas estándar con objeto de aplicarlas a estructuras particulares, lo que ha llevado a desarrollar y aplicar nuevas variantes y técnicas originales que resultan más precisas o más adecuadas en determinadas circunstancias. Así, y a modo de ejemplo, hemos puesto a punto las siguientes técnicas:
    - Análisis de la Admitancia, en sus diversas modalidades: clásica, térmica y óptica.
    - Espectroscopía de Transitorios de Niveles Profundos (DLTS), a partir de la cual hemos desarrollado la Técnica de Transitorios Capacidad-Tensión (CVTT), que se ha revelado como más útil que la DLTS en determinadas circunstancias, pues permite obtener la concentración de centros profundos y la energía de activación en cada punto de la zona de carga espacial de la estructura.
    En los últimos años, el estudio de los materiales dieléctricos de alta permitividad se ha convertido en uno de los objetivos de nuestro grupo de investigación. En una primera etapa,  desarrollamos dicho estudio en una doble vertiente: por una parte, en colaboración con investigadores de la Universidad Complutense de Madrid, nos centramos en la caracterización de las propiedades eléctricas de películas de nitruro de silicio depositadas por ECR-CVD; por otra parte, en colaboración con investigadores de los Laboratorios Bell de Murray Hill (NJ, USA) estudiamos un material muy prometedor en este campo: el óxido de tántalo. Este trabajo fue iniciado durante la estancia de dos miembros del grupo (Helena Castán y Salvador Dueñas) en los Laboratorios Bell de Lucent Technologies.
    En la actualidad, nuestro interés se centra en el estudio de dieléctricos de alta permitividad que puedan sustituir al óxido de silicio en las futuras generaciones de circuitos integrados. Estos dieléctricos son fabricados fundamentalmente mediante dos técnicas de crecimiento. El primero de estos métodos de fabricación es la prometedora técnica de Deposición de Capas Atómicas (ALD, “Atomic Layer Deposition”). Hasta ahora, esta línea se ha desarrollado y mantenido gracias a la colaboración de nuestro grupo con laboratorios de investigación europeos localizados en Finlandia (grupo inventor de la técnica), Estonia y Suecia. En la actualidad también colaboramos con el Centro Nacional de Microelectrónica para implanter esta técnica en su centro de Barcelona. La segunda de las técnicas es denominada “Sputtering Reactivo a Alta Presión (HPS)” y consiste en una técnica de pulverización catódica en la que la presión de la cámara se mantiene en valores muy superiores a los habituales con el fin de minimizar el dañado producido en los sustratos. A fin de realizar una caracterización fina de estos materiales hemos desarrollado dos métodos experimentales que soslayan ciertas limitaciones que presentan las técnicas habitualmente utilizadas. La denominación, en inglés, que hemos elegido para estas técnicas son: Conductance Transient Technique (G-t), y Flat-Band Transient Technique (VFB-t).
    Las estructuras metal-aislante-semiconductor (MISpresentan algunos problemas relacionados con la calidad de la interfase entre semiconductor y aislante. Por ello, estas estructuras deben ser cuidadosamente caracterizadas. Las medidas eléctricas estándar para estas estructuras son realizadas habitualmente mediante las técnicas C-V y DLTS. En los últimos años hemos demostrado que las medidas de transitorios de conductancia (G-t), proveen la información cuantitativa sobre los estados DIGS (disorder induced gap states).
    La técnica de transitorios de banda plana permite analizar de manera cuantitativa las inestabilidades observadas en dispositivos MIS y transistores MOSFET causadas por la existencia de las llamadas trampas lentas en los dieléctricos de alta permitividad. Los procesos de carga y descarga de estas trampas degradan las propiedades de los dispositivos ya que dan lugar a derivas en la tensión umbral de los transistores y reducen la movilidad y la vida media de los portadores en el canal. Recientemente hemos puesto a punto esta técnica para demostrar la existencia de transitorios de tensión de banda plana en dieléctricos ultra-delgados de alta permitividad.
    El elenco de dieléctricos de alta permitividad que hasta ahora hemos estudiado con las técnicas de fabricación y de caracterización antedichas incluye una ya amplia variedad: Nitruro de Silicio, Óxidos de Tántalo, Titanio, Hafnio, Zirconio, Aluminio y Gadolinio, Silicatos de Hafnio y Zirconio, multicapas y combinaciones de los anteriores, entre otros.
            En la actualidad nuestro grupo está iniciando nuevas actividades orientadas hacia campos más aplicados. En estas líneas intentamos colaborar con empresas del sector industrial de ámbito local con el objetivo de mejorar sus aplicaciones y productos. En concreto, hemos iniciando una colaboración en el área de las células solares y dispositivos fotovoltaicos con la empresa PEVAFERSA. Otra línea de investigación consiste en un estudio de viabilidad de dispositvos microelectrónicos de tipo MEMS (acelerómetros, sensores de onda superficial, ...) para aplicaciones en el campo de la Electroacústica. Una empresa que nos ha manifestado su interés en esta temática es la empresa AUDIOTEC. Las dos empresas mencionadas tienen sus sedes en el Parque Tecnológico de Boecillo.

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

  • Estados superificiales y defectos en aislantes de estructuras metal-aislante-semiconductor
  • Nuevos materiales y procesos de fabricación en microelectrónica
  • Dispositivos y técnicas avanzadas en microelectrónica
  • Dieléctricos de alta permitividad para las futuras generaciones de tecnologías de circuitos integrados
  • Células solares
  • Nuevas técnicas de caracterización eléctrica de materiales y dispositivos electrónicos
  • Propiedades eléctricas y ópticas de centros profundos en semiconductores

MIEMBROS DEL GRUPO DE INVESTIGACIÓN

  • LUIS ALBERTO BAILON VEGA
    ordinario


  • MARIA HELENA CASTAN LANASPA
    ordinario - Coordinador


  • SALVADOR DUEÑAS CARAZO
    ordinario


  • HECTOR GARCIA GARCIA
    ordinario


  • BENJAMIN SAHELICES FERNANDEZ
    ordinario


  • EDUARDO PEREZ DIEZ
    asociado


  • CESAR VACA RODRIGUEZ
    asociado