Los resultados facilitarán la fabricación de nuevos dispositivos electrónicos y optoelectrónicos
Uno de los retos actuales más importantes de la nanotecnología es la manipulación mecánica de estructuras nanométricas, como son los nanohilos semiconductores, y su integración en dispositivos electrónicos o sensores. Las reducidas dimensiones de estas nanoestructuras conllevan un alto riesgo de producir daños irreversibles sobre la mismas, o de alterar sus propiedades electrónicas durante su manipulación e integración en dispositivos.
Ahora, investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y la University of the West of Scotland (UWS) han descrito en la revista Nanotechnology un método innovador para manipular nanoestructuras semiconductoras y fabricar dispositivos optoelectrónicos de tamaño nanométrico.
La técnica, conocida como dielectroforesis, consiste en la aplicación de un campo eléctrico no uniforme en una disolución, conteniendo nanoestructuras semiconductoras con forma de nanohilo.
“Las diferentes propiedades dieléctricas del disolvente y de los nanohilos producen la aparición de una fuerza eléctrica de arrastre sobre el cuerpo del nanohilo. Esta fuerza, denominada fuerza dielectroforética, es la responsable del atrapamiento y alineamiento de los nanohilos para formar los dispositivos creados en este trabajo”, explican los autores.
Los resultados demuestran el potencial de la dielectroforesis como técnica prometedora y barata para el desarrollo de la nanotecnología. Además, confirman el potencial del nanohilo de GaAs como un fotodetector de luz visible de alta eficiencia por su bajo consumo energético, rápida respuesta y alta sensibilidad.
Nanohilos de GaAs
En un trabajo anterior (García-Núñez et al, 2018), investigadores del grupo de Electrónica y Semiconductores de la UAM, liderados por el Prof. Basilio Javier García, habían desarrollado un método pionero para sintetizar nanohilos de arseniuro de galio (GaAs), utilizando una técnica conocida como epitaxia de haces químicos.
En el nuevo trabajo, los investigadores muestran cómo han conseguido ensamblar dispositivos optoelectrónicos basados en nanohilos de GaAs empleando un tipo de manipulación mecánica sin contacto. Así, presentan un método efectivo para preparar disoluciones con diferentes concentraciones, morfologías y composiciones de estos nanohilos, gracias al preciso control obtenido en el método de crecimiento.
“Las disoluciones fueron utilizadas en un sistema experimental desarrollado en la UAM que permite aplicar campos eléctricos no uniformes en la disolución de nanohilos a través de electrodos conductores definidos sobre sustratos aislantes”, destacan los autores.
Estudio teórico y sistema experimental
Como parte del trabajo se llevó a cabo un estudio teórico de los principales parámetros del sistema experimental que gobiernan la magnitud de la fuerza dielectroforética ejercida sobre los nanohilos durante el proceso de dielectroforesis.
La influencia de parámetros como el voltaje y la frecuencia del campo eléctrico alterno, así como la geometría del sistema, fue simulada mediante un método conocido como análisis de elementos finitos, permitiendo la optimización tanto del atrapamiento de los nanohilos como de su alineamiento en el sustrato receptor.
Estos resultados teóricos fueron confirmados mediante un sistema experimental que permitió el desarrollo y fabricación de fotodetectores basados en nanohilos de GaAs. “El control preciso del sistema experimental demostró su potencial para fabricar dispositivos basados en multi-nanohilos o nanohilos simples, con un tanto por ciento de efectividad en el atrapamiento del 90%, y del 95% en el alineamiento, lo que supone un paso revolucionario en desarrollo de nanotecnología”, detallan los investigadores.
“La posibilidad de atrapar nanohilos simples entre electrodos metálicos —agregan— es de gran interés para el estudio de las propiedades fundamentales de estas nanoestructuras. En el trabajo, llevamos a cabo estudios de las propiedades optoelectrónicas de nanohilos simples de GaAs, observando su respuesta al rango visible del espectro electromagnético”.
Referencia bibliográfica:
García-Núñez, C., Braña, A. F., López, N., Pau, J. L., García, B. J. 2020. Single GaAs nanowire based photodetector fabricated by dielectrophoresis. Nanotechnology 31 (22).
García-Núñez, C., Braña, A. F., López, N., García, B. J. 2018. A Novel Growth Method To Improve the Quality of GaAs Nanowires Grown by Ga-Assisted Chemical Beam Epitaxy. Nano Letters 18, 6, 3608-3615.
