De acuerdo con la Ley de Moore, cada dos años se duplica el número de transistores en un microprocesador y ello aumenta la exigencia de una mayor capacidad de procesamiento en los ordenadores. Sin embargo, existen límites físicos que no permiten fabricar computadoras con capacidades que tiendan hacia el infinito. Es así como actualmente se promueve el desarrollo de tecnología basada en la manipulación de la luz como medio de transferencia de información, por ejemplo fibras y lectores ópticos
Uno de los retos es la fabricación de materiales con capacidad de procesamiento basado en luz, tal es el caso del silicio poroso (SiP). Antonio Méndez Blas, investigador del Instituto de Física “Ing. Luis Rivera Terrazas” de la BUAP (IFUAP), explicó que por sí mismo el silicio es un semiconductor con características ópticas muy pobres. Al hacerlo poroso a niveles nanométricos adquiere propiedades ópticas, porque los huecos generados en las obleas de este elemento pueden ser ocupados por otro tipo de materiales y adquiere nuevas características como un medio efectivo.
Además, en ciertas regiones de las paredes de los poros se lleva a cabo el fenómeno de confinamiento cuántico, lo cual hace que el SiP sea fotoluminiscente. “Nuestro trabajo con el silicio poroso es extraer esas propiedades ópticas que pueden funcionar en áreas de aplicación como la fotónica, manteniendo vigente de este modo la tecnología del silicio desarrollada para la electrónica tradicional en los circuitos integrados”, precisó.
Para ello, Méndez Blas, doctor en Física de Materiales por la Universidad Autónoma de Madrid, en España, señaló que sobre una oblea de silicio se realizan huecos de 10 a 50 nanómetros de diámetro; de ahí que se llame poroso. En este proceso se utiliza el grabado electroquímico, el cual consiste en un ataque con ácido fluorhídrico y corriente eléctrica para generar iones que perforan ciertas regiones del silicio cuando éste se sumerge en la solución. Este proceso es controlable, porque sólo se activa cuando se pasa corriente eléctrica. Una vez terminado, se rescata la muestra porosa. La combinación del silicio que quedó con el aire o el material que se introduzca en los orificios le dará propiedades ópticas específicas.
Como parte de esta investigación, el doctor Antonio Méndez Blas, junto con Laura Elvira Serrano de la Rosa, egresada de la Maestría en Ciencias de Materiales del IFUAP, desarrolló un método sistemático para obtener membranas de silicio poroso con características reproducibles y específicas en el proceso de grabado electroquímico, para separar capas de silicio (o de múltiples capas) a partir de sustratos de silicio cristalino.
El proceso de separar las capas ayuda en las etapas de fabricación de algunos dispositivos que requieran la técnica de transferencia de éstas. Además, si del mismo sustrato se obtiene más de una capa adicional, se reducen los costos de procesamiento de silicio poroso.
Como resultado de este trabajo existe una solicitud de registro de patente ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI): “Método de desprendimiento de capas autosostenidas de silicio poroso”, número MX/A/2011/013393.
“El objetivo de la patente era lograr tener estas capas de silicio poroso en un sustrato que se pudiera manipular adecuadamente. Es un paso previo para buscarle aplicaciones más prácticas, ya que cuando se tiene el material recién crecido está en un sustrato totalmente opaco y sus propiedades ópticas se limitan”, indicó el académico.
En busca de nuevas aplicaciones
Actualmente el silicio poroso se utiliza en sensores biológicos, de gas y químicos; así como en sistemas para la liberación de fármacos. En la búsqueda de nuevas aplicaciones, Antonio Méndez Blas -quien también es integrante del Cuerpo Académico Física Aplicada del IFUAP- lleva a cabo diferentes investigaciones relacionadas con silicio poroso, para aprovechar sus propiedades eléctricas, ópticas y de confinamiento.
Una de ellas es infiltrar proteínas en sus poros, específicamente la molécula llamada (3-aminopropil) trietoxisilano (APTES), para desarrollar un sensor biológico. Para ello, un cristal fotónico -basado en SiP- se infiltra con APTES y esta molécula atrae a otras estructuras biológicas, por ejemplo la prolactina: hormona que estimula la secreción de la leche a través de una acción directa sobre la glándula mamaria. De esta manera, el sensor pretende detectar los niveles de prolactina en las mujeres y asociarlos con cáncer, en caso de producirse sin amamantar.
Otras de las investigaciones en proceso son introducir en el SiP materiales con propiedades fotovoltaicas, para su uso en celdas solares. También se pretende infiltrar en SiP cristales líquidos que controlan la polarización de la luz, cuando se aplica un campo eléctrico, e incluso como parte de emisores de luz tipo led basado en silicio.