lunes, 9 de agosto de 2010

Fusión retrógrada: el silicio funde al enfriarse.


Estamos acostumbrados a que cuando hace frío suficiente el agua se vuelva sólida (hielo o nieve) y que cuando la temperatura aumenta se descongele, esto es, se funda. Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachussets (EE.UU.) encabezados por Tonio Buonassisi informan en Advanced Materials, de que un compuesto de silicio se funde (se vuelve líquido) cuando se enfría. Este efecto puede tener aplicaciones técnicas en la purificación del silicio para electrónica ya que al fundirse se separa de sus impurezas.

Este fenómeno, que se conoce como “fusión retrógrada" y que se ha observado antes en algunos otros materiales, puede tener varias causas. En el caso del silicio el efecto es la consecuencia de que el material se vuelve supersaturado cuando se enfría. Para poder afirmarlo así el equipo de investigadores siguió el proceso por fluorescencia de rayos X dependiente de la temperatura, usando como fuente un sincrotón.

Los investigadores tomaron una muestra de silicio (en la imagen el trocito naranja) dopada (contaminada) con lo que los químicos llamamos metales de transición 3d, en este caso cobre, hierro y níquel, y la calentaron a 1000 ºC (414ºC por debajo de la temperatura de fusión normal del silicio). Entonces, al enfriar lentamente este compuesto por debajo de 900 ºC, los investigadores observaron la formación de pequeñas gotas de líquido que contenían tanto silicio como las tres impurezas. Conforme se continuaba enfriando las impurezas se iban separando más del silicio en las gotitas. Finalmente el material se solidificó completamente una vez que la temperatura cayó por debajo del punto eutéctico (alrededor de 700 ºC).

Uno de los grandes retos de las industrias fabricantes de semiconductores es regular las mezclas del silicio con sus impurezas. Este fenómeno se puede usar para extraer impurezas en el grado adecuado regulando la curva de temperaturas. Por otra parte, hay aplicaciones electrónicas que implican introducir deliberadamente impurezas en el silicio, por lo que este descubrimiento puede ayudar a regular las interacciones químicas dentro de estos materiales.

Referencia:

Hudelson, S., Newman, B., Bernardis, S., Fenning, D., Bertoni, M., Marcus, M., Fakra, S., Lai, B., & Buonassisi, T. (2010). Retrograde Melting and Internal Liquid Gettering in Silicon Advanced Materials DOI: 10.1002/adma.200904344