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MÉTODOS DE SÍNTESIS EN DISOLUCIÓN PARA LA INTEGRACIÓN DE ÓXIDOS CRISTALINOS MULTIFUNCIONALES EN DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS FLEXIBLES
Lourdes Calzada
preferentemente para químicos, ingenieros químicos, ingenieros de materiales
La industria electrónica actual demanda dispositivos baratos, ligeros y capaces de realizar múltiples funciones. Las rutinas convencionales de integración en microelectrónica utilizan temperaturas de fabricación que rondan los 500°C. Sin embargo, las aplicaciones que se prevén para dispositivos flexibles (soportados sobre substratos plásticos, papel o tejidos) necesitan películas de óxidos cristalinos multifuncionales. Esto es una oportunidad única para los óxidos ferroeléctricos debido a su intrínseca multifuncionalidad que les permite realizar múltiples operaciones en un mismo dispositivo. Pero su cristalización requiere altas temperaturas (>600°C), lo que se convierte en un desafío su integración en Electrónica Flexible.
Los métodos de depósito de disoluciones se muestran hoy en día como los únicos que permiten la integración directa del óxido cristalino con el substrato flexible, presentando una ventaja única que es la posibilidad de diseñar la química de la disolución para conseguir una reducción en la temperatura de cristalización del óxido.
Este proyecto aborda la preparación de láminas delgadas de óxidos cristalinos multifuncionales sobre substratos plásticos flexibles mediante métodos de depósito de disoluciones de baja temperatura. Se diseñarán nuevas estrategias de síntesis de precursores de óxidos en disolución, todas ellas dirigidas a inducir la cristalización del óxido mediante fotoquímica, utilizando la luz como fuente alternativa de energía a los convencionales tratamientos térmicos de cristalización.
Estos métodos de procesado se validarán sobre perovskitas de óxidos ferroeléctricos, cuyas propiedades funcionales son dependientes de la estructura cristalina. Serán óxidos que no contengan elementos tóxicos, cumpliendo así las actuales directivas europeas para equipamiento eléctrico y electrónico. La prueba de concepto de los métodos de procesado desarrollados en este trabajo se realizará sobre óxidos ferroeléctricos basados en las perovskitas de BiFeO3 (multiferroíca y fotovoltaíca), BaTiO3 (ferroeléctrica) y/o (Na,K)NbO3 (piezoeléctrica y biocompatible). Para la integración de estas películas de óxidos con los substratos plásticos flexibles se utilizarán nuevas tecnologías de procesado implementadas a escala de laboratorio por nuestro grupo en el ICMM-CSIC. Las propiedades de los materiales flexibles se caracterizarán a escala macro y nanoscópica con técnicas de caracterización e instrumentación desarrolladas por el grupo, evaluando así su aplicación en la próxima generación de dispositivos flexibles (memorias, sensores, actuadores, celdas solares, …).
NUEVOS MATERIALES CRISTALINOS PARA ELECTRÓNICA FLEXIBLE: MECANISMOS DE CRISTALIZACIÓN Y SUS EFECTOS EN LAS PROPIEDADES
Jesús Ricote
preferentemente para físicos, ingenieros de materiales
El desarrollo del internet de las cosas demanda de la industria electrónica sistemas cada vez más sofisticados que deben ser plegables, estirables y ajustables a cualquier superficie. Esto ha dado lugar a la aparición de la denominada electrónica flexible, en la que los substratos ya no están basados en el tradicional silicio, sino en plásticos, telas o papel. Esto supone una gran limitación en la integración directa de materiales que necesiten temperaturas elevadas de preparación, así que hasta el momento se han usado principalmente compuestos orgánicos. Pero además de sus inevitables problemas de estabilidad y degradación en ambientes adversos, su rendimiento es normalmente muy inferior al de los óxidos inorgánicos.
Al no poder utilizarse temperaturas elevadas durante el procesado de estas láminas de óxidos, sin dañar el substrato flexible, en general no es posible cristalizarlos. Esto restringe enormemente las capacidades de los dispositivos flexibles, que no pueden hacer uso del amplio abanico de las excelentes propiedades de los óxidos cristalinos, ya explotadas en otras tecnologías.
En nuestro grupo de investigación estamos desarrollando métodos alternativos de procesado que permiten reducir significativamente las temperaturas de cristalización de óxidos y depositar láminas delgadas sobre substratos flexibles plásticos por métodos en disolución. En este proyecto de tesis se plantea que el estudiante realice el estudio en profundidad de la estructura cristalina y la microestructura de estas láminas para evaluar, entre otras cosas, el grado de cristalinidad y el tamaño medio de cristal conseguidos. Al utilizarse una combinación de diseño molecular de las disoluciones precursoras, fotocatálisis, fotoactivación y semillado, el análisis de los resultados obtenidos contribuirá a determinar los mecanismos que rigen un proceso de cristalización no basado enteramente en el calentamiento convencional.
Se propone estudiar láminas de óxidos ferroeléctricos tales como Pb(Zr1-xTix)O3 (PZT, piezoeléctrico prototípico), BaTiO3 (piezoeléctrico biocompatible) y BiFeO3 (multiferroico fotovoltaico) y analizar la influencia del procesado a baja temperatura en sus propiedades finales que podrán ser aprovechadas, por ejemplo, en sensores médicos o celdas solares flexibles.
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