Los diamantes son los mejores amigos de la microelectrónica

El cambio de la resistencia del diamante a elástico de forma reversible cuando se somete a carga (con un módulo de Young elevado) hace posible realizar resonadores de muy alta frecuencia con factores de alta calidad. Además, resulta conveniente que el NCD sea compatible con la tecnología de metal óxido semiconductor complementario basada en el silicio, lo cual es una ventaja clave frente a muchos otros materiales aptos para los MEMS.

Un grupo de científicos inició del proyecto «Microelectromechanical systems from nanocrystalline diamond» (DIAMEMS), financiado por la Unión Europea, principalmente para optimizar el crecimiento y la planarización del NCD. La posibilidad de obtener NCD liso y continuo para cubrir grandes áreas y con las propiedades del diamante masivo podría reducir de forma notable el precio de las aplicaciones actuales basadas en diamante masivo. También podría abrir las puertas a nuevas aplicaciones fuera del campo de los MEMS, como los recubrimientos tribológicos.

La nucleación optimizada y el depósito químico en fase vapor a temperaturas relativamente bajas (400 grados Celsius) dieron lugar a láminas de NCD uniformes con grosores de 30 nm. La planarización hasta valores de rugosidad muy reducidos mediante pulido mecánico-químico dio lugar a una publicación de alta calidad.

La integración de nitruro de aluminio (AlN), una cerámica de uso generalizado en microelectrónica, se logró de dos modos distintos. El primer método, el más tradicional, de crecimiento del AlN sobre la superficie pulida de NCD, dio lugar a dispositivos de ondas acústicas superficiales (a menudo empleados como filtros u osciladores de alta frecuencia) con frecuencias de funcionamiento superiores a 15 GHz. Su presentación como sensores de presión de alta precisión, capaces de soportar ambientes agresivos, captó el interés inversor de una empresa de telecomunicaciones muy grande. Este enfoque dio lugar a tres publicaciones más.

En el segundo método, se manipuló la diferencia de tensión entre la superficie de las semillas de NCD y la solución de depósito masiva (potencial zeta). Al eliminar el paso de planarización, los costes se reducen de forma considerable. Este enfoque dio lugar a la demostración de MEMS de alta frecuencia. En total, se publicaron seis artículos relacionados con el trabajo sobre AlN y NCD.

El dopaje, o adición de impurezas como el boro, puede transformar el NCD de uno de los menores aislantes eléctricos en un superconductor. Los estudios para aprovechar este fenómeno en MEMS dieron lugar a la demostración de un nanorresonador superconductor y otra publicación.

DIAMEMS demostró completamente la utilidad del diamante a nanoescala en dispositivos electrónicos, lo cual abre las puertas a reducciones de costes en muchos campos. Tal como se ha podido observar en la gran inversión industrial para continuar su desarrollo, los resultados del proyecto tendrán un impacto socioeconómico importante.