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Investigación desarrollada en el INAOE sobre la confiabilidad de nanomateriales para dispositivos electrónicos recibió premio internacional

Santa María Tonantzintla, Puebla, a 27 de noviembre. Por un trabajo interdisciplinario que analiza la física y estadística de acumulación de defectos en los nanomateriales que se utilizan para desarrollar circuitos integrados, un equipo científico internacional obtuvo el premio Best Paper Award al mejor trabajo de investigación presentado en el prestigioso congreso International Reliability Physics Simposium en 2019, y que fue notificado en abril de este año 2020 (https://irps.org/2020/program/highlighted_papers/)

El trabajo, realizado en colaboración con grupos de investigación de Argentina, Italia, Estados Unidos, Singapur y México, se titula Spatio-Temporal Defect Generation Process in Irradiated HfO₂ MOS Stacks: Correlated Versus Uncorrelated Mechanisms.

Este reconocimiento toma especial importancia, comenta el Dr. Joel Molina Reyes, investigador del INAOE y miembro del equipo de investigación, "debido a que la estructura bajo análisis se diseñó y fabricó en nuestros laboratorios de Microelectrónica y Nanoelectrónica en el INAOE y la cual consiste en un capacitor MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) basado en HfO₂ y que es el corazón de los transistores modernos tipo MOSFET. Esto respalda la alta calidad de nuestros procesos e infraestructura de fabricación de materiales y dispositivos electrónicos avanzados".

"Nuestra estructura, añade el investigador, consiste en una película delgada de óxido de hafnio (HfO₂) de sólo siete nanómetros de espesor y ésta es depositada con un excelente control a nivel de capas atómicas sobre la superficie de una oblea de silicio. Este es un proceso simple y de tan alta calidad en la interface HfO₂/Silicio, que pudo habilitar el estudio sistemático de introducción controlada de defectos a toda la estructura y con ello, correlacionar la física y estadística de degradación y rompimiento dieléctrico, al desempeño de transistores avanzados que contienen a estos materiales; lo que representa resultados muy importantes para avanzar en el estudio y desarrollo de nanomateriales y sus interfaces a silicio con alta calidad".

Estos materiales tienen una importancia tecnológica muy importante, abunda el Dr. Molina, "porque están y seguirán estando presentes en los transistores más pequeños y más avanzados en cuanto a arquitectura como FinFETs o arquitecturas de transistor más complejas como las denominadas Gate-All-Around FETs, y en donde materiales como el HfO₂ está en contacto con diferentes superficies cristalinas de silicio y, por lo tanto, con múltiples interfaces en donde los mecanismos de degradación serán distintos".

El trabajo demuestra "que la estadística de degradación y rompimiento dieléctrico de materiales aislantes convencionales como óxido de silicio (SiO₂) y materiales avanzados con alta constante dieléctrica como HfO₂, son muy diferentes y para HfO₂, no pueden estar regidos por simples modelos de formación de rutas de percolación y/o de acumulación de defectos en clusters, si no que la interacción de estos defectos en un transistor bajo condiciones de operación específicas, se puede dar en regiones muy localizadas de HfO₂ que presenten defectos pre-existentes, así como en su interface con silicio, de tal forma que podemos correlacionar mecanismos físicos y electrónicos que antes se consideraban aislados".

Esto es relevante, concluye, porque permite "entender mejor los parámetros de confiabilidad de estos materiales, y en consecuencia, el desempeño a largo plazo de los dispositivos electrónicos que los contienen para así asegurar que el producto electrónico final, desde un circuito integrado para una computadora, teléfono celular, televisión, coche autónomo, satélite artificial, drones, sensores, etc., pueda operarse sin riesgo de sufrir variaciones severas por largos periodos de tiempo y usando los mejores nanomateriales e interfaces electrónicas posibles".