DESARROLLO DE OXIDOS METALICOS DE TRANSICION CON TECNOLOGIA DE SILICIO PARA APLICACIONES DE CONMUTACION E INTERCONEXION OPTICAS EFICIENTES Y RESPETUOSAS CON EL MEDIO AMBIENTE

Año de inicio 2016
Organismo financiador AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION
Tipo de proyecto INV. COMPETITIVA PROYECTOS
Responsable científico Sanchis Kilders Pablo
Resumen El desarrollo de materiales novedosos con propiedades extraordinarias puede resolver o al menos mejorar los retos a los que la sociedad se enfrenta hoy día, incluyendo energía, clima y salud. La integración de dichos materiales con la tecnología dominante permite beneficiarse de sus fortalezas a corto plazo y de manera rentable. El proyecto METALONIC se centra en el RETO Energía Segura, Limpia y Eficiente y se aborda desde el programa TEC (Tecnología Electrónica y de las Comunicaciones). METALONIC mejorará las prestaciones y funcionalidad de los dispositivos electrónicos y fotónicos integrados, introduciendo en la Tecnología de Silicio a dos familias de óxidos de metales de transición muy prometedoras y versátiles: i) Óxidos Transparentes y Conductores (TCO) como el Óxido de Zinc (ZnO) y aleaciones relacionadas (XZnO) y ii) Materiales de Cambio de Fase (PCM) como el Dióxido de Vanadio (VO2) y compuestos relacionados (VOx). ZnO y VO2 muestran excelentes prestaciones eléctricas y ópticas, y serán disruptivos para nanoelectrónica beyond CMOS (TCOs y PCMs para memristores), energía fotovoltaica (TCOs y heterouniones p-n para células solares), optoelectrónica (TCOs para LEDs y displays) y nanofotónica de silicio (TCOs y PCMs para conmutadores e interconexiones ópticas). Su introducción en tecnología de Si contribuiría a dispositivos mejorados en prestaciones, miniaturización, coste y consumo de energía. Además, ZnO y VO2 son materiales abundantes, baratos y limpios con el entorno. Implementaremos METALONIC en 3 fases: 1. Desarrollo de procesos de depósito de materiales para ZnO y VO2 sobre Si utilizando sputtering y evaporación por haz de electrones como métodos baratos y eficientes de producción sobre substratos de área grande. Obtendremos materiales policristalinos, transparentes, con bajo dopaje de fondo y alta movilidad. Los métodos de depósito MBE y ALD se consideran a través de colaboraciones externas para evaluación comparativa. Se realizará el dopaje de ZnO tipo n con Al y Sn y se intentará el dopaje de tipo p con N y Mg. 2. Demostración de dispositivos de test: i) Conmutadores electrónicos de ZnO y VO2 con un metal (memristores), tamaño nanométrico, consumo ultrabajo (~pJ/bit) y rápidos (>1GHz); ii) Contactos y ventanas TCO de ZnO (y aleaciones) con transparencia >90% y alta conductividad (>10^4 ohms·cm) para células solares y LEDs y iii) ZnO y VO2 para conmutadores ópticos de ultrabajo consumo en guías de onda de silicio híbridas. 3. Prueba de principio de dispositivos funcionales: i) Apilamientos MIM y configuraciones en cruz de memristores como memorias no volátiles; ii) Homouniones p-n de ZnO y heterouniones XZnO/Si para células solares transparentes y fotodetectores UV; y iii) Moduladores electro-ópticos y fotodetectores basados en heterouniones AZO/Si y VO2/Si con un consumo ultrabajo (<100 fJ/bit) y frecuencia de operación alta (>1GHz). Finalmente exploraremos: i) Integración del modulador y el fotodetector para interconexiones ópticas de nueva generación; ii) Compatibilidad en el procesado de VO2 y ZnO con CMOS a baja temperatura para la fabricación de memorias sobre la metalización (BEOL); iii) Integración de los TCOs en células solares y en LEDs de GaN y iv) Sostenibilidad y coste reducido para la transferencia a empresas de baja capitalización. El proyecto contempla colaboración externa con KU Leuven, el Instituto Jean Lamour de Nancy, el CIMAP-CNRS de Caen y el Ion Beam Physics Institute de Dresden