Mi primer paper

Se ha hecho esperar, pero al fin ya puedo decir que tengo mi primer paper (publicación científica). La revista es el Journal of Applied Physics, que quienes estéis metidos en investigación seguro que la conocéis. [Haced click sobre la imagen para ver el artículo completo en PDF].

Son sólo cinco páginas, y eso que la última apenas contiene unas pocas referencias, pero el proceso hasta llegar aquí no ha sido para nada corto ni fácil. Once meses he tardado en ver mi nombre en un paper desde que, a finales de julio del año pasado, mi profesor me sugirió la idea de mostar al mundo entero mi investigación.

Si tuviera que comparar mi primer boceto con lo que hoy está publicado, me temo que no se parecerían en nada. Al menos en la forma, porque el contenido en sí mismo apenas ha cambiado. Una de las lecciones más importantes que he aprendido es saber cómo contar las cosas dependiendo de la audiencia a la que vayan dirigidas. También, qué sobre-resaltar y qué es mejor obviar o quitarle más importancia de la que debería.

Es un juego en el que el investigador trata de convencer a los editores y revisores que su investigación es realmente merecedora de ser publicada en su revista. Después, a cambio de unos pocos cientos de dólares y la cesión del copyright, accederán a mostrarle al resto de la humanidad tu pequeña contribución al conocimiento científico. Bueno, a todos no, sólo a aquellos que estén suscritos (ellos o su organización/universidad) o paguen a título individual unas pocas decenas de dólares para poder leer tu artículo. [Sin embargo, leyendo la letra pequeña he visto que tengo el derecho a ofrecer el artículo en mi página web personal, así que el enlace de ahí arriba no es ilegal.]

Bueno, dejando la burocracia aparte, y hablando con palabras llanas, voy a ver si intento resumir el artículo.

El silicio es el material base de de los dispositivos electrónicos que normalmente está en los chips forma cristalina, esto es, con los átomos bien ordenados. Sin embargo el silicio en sí mismo no es tan bueno como querríamos, así que tenemos que incluir pequeñas cantidades de otros tipos de átomos (dopantes) para mejorar sus características eléctricas. Estos dopantes, como boro, arsénico o antimonio, los introducimos a la fuerza, lo que produce que los átomos del cristal del silicio se desordenen. Llegado un punto, el desorden es tal que las propiedades cambian súbitamente: se ha amorfizado (del griego a-morphos, perder la forma). Con el tiempo (y un poquito de calor), el silicio vuelve a su estado ordenado, incluyendo a los dopantes dentro de esta estructura cristalina, que es el objetivo final deseado.

La amorfización es, por tanto, necesaria en el proceso de fabricación de un dispositivo electrónico. Saber el momento exacto de la amorfización es importante para poder prever y controlar otros defectos secundarios de la misma. Y aunque parezca mentira, hay muchas teorías de por qué o cuándo se produce la amorfización del silicio. La mía es una más, que básicamente establece que el silicio puede considerarse amorfo cuando el desplazamiento medio de los átomos movidos por los impactos de los dopantes es de 5 Å (media millonésima de milímetro).

Simulando tal comportamiento basándome en unas pocas ecuaciones con sentido físico, compruebo que obtengo resultados parecidos (dentro de un margen del 10%) con un montón de experimentos realizados anteriormente. Esto quiere decir que  mi modelo reproduce bien la realidad, y que puede usarse para prever el comportamiento de la amorfización del silicio. No es un modelo universal ni explica a fondo el por qué de la amorfización, pero es un modelo útil que puede emplearse en unas -limitadas pero amplias- condiciones e incluso podría servir de inspiración o base para teorías futuras.

Cómo llegué a dichas ecuaciones es otra historia que merece la pena ser contada. Tienen que ser 1) físicamente razonables, 2) coherentes, y 3) que además funcionen, aunque no necesariamente el proceso de llegar a ellas ha tenido que ser en este orden…

6 comentarios ↓

#1 Jesús comentó el 30 de junio de 2011 a las 23:05

¡¡GENIAL LUIS!! ¡Felicidades! :D

Muy muy interesante. Enhorabuena por el artículo.

#2 C. Daniel Mojoli B. comentó el 1 de julio de 2011 a las 04:59

He leído la publicación esquivando secciones alejadas de mi conocimiento, y tengo algunas preguntas, seguro paridas por mi ignorancia en el tema. Te ruego las escuches como una muestra de mi interés en saber a qué te has estado dedicando.

1. El operador de convolución siempre me ha intrigado. Desde hace un tiempo lo estudio informalmente y aunque sé que es útil en modelos físicos, no termino de visualizar el porqué. En tu caso, ¿se asocia matemáticamente o porque encaja los resultados empíricos?

2. ¿Por qué los perfiles de profundidad del la concentración de Si convergen a un sinusoide? De las tres dosis aplicadas, la menor dosis (10^14/cm^2), que supongo es la que menos perturba la retícula del cristal, es cuando más comportamiento sinusoidal hay. ¿El sinusoide se asocia al cristal puro? ¿Por qué? ¿Es relevante la presencia de isótopo Si-30 en el cristal, el cual supongo es mayormente Si-28?

Bueno tengo otras, pero se me acaba el tiempo de momento.

Te mando un abrazo desde Paraguay, orgulloso de saber que has publicado un artículo científico en el que encabezas la autoría.

#3 Kiariex comentó el 4 de julio de 2011 a las 01:20

No me cabe duda que tienes bien aprovechado el tiempo. Me encanta que estes creciendo en el campo. A mi por lo general no me gusta mucho el tema de materiales semiconductores, pero el aporte que estas haciendo es grande y felicidades por eso.

#4 Kiariex comentó el 4 de julio de 2011 a las 01:52

No me he podido resistir y he puesto un pequeño anuncio en mi blog, para que la gente se entere de lo que estas haciendo. Me parece algo fantástico. Hace falta una reunión o una llamada…

#5 tanisdlj comentó el 4 de julio de 2011 a las 09:47

Mientras tanto, en Marrakech… :P

#6 Luis comentó el 5 de julio de 2011 a las 00:25

Muchas gracias a todos :). Ahora paso a resolver las dudas de Daniel:

1) El operador convolución tiene un montón de usos en casi todas las áreas del conocimiento humano. En el caso de la física, y concretamente en el uso que le estoy dando, lo empleo para reproducir una determinada función de difusión (spreading) en cada punto del material. Al hacer una convolución es como si, punto a punto en profundidad, multiplicara la función deseada (una gaussiana en este caso) por un escalar que representa cuánto movimiento ha habido en dicho punto, y al final, sumara todas las contribuciones para obtener un resultado agregado.

2) En efecto, la sinusoide es del cristal sin alterar. En realidad, la convergencia no debería ser a una sinusoide, sino a escalones que representan el paso de una capa de material a otro (son bastante abruptos, apenas unos pocos átomos de interfaz). El hecho de que aparezca una sinusoide es que, la herramienta empleada para analizar la muestra (SIMS, Secondary Ion Mass Spectroscopy) tiene un carácter destructivo y acaba mezclando las capas. Este mezclado es conocido y por tanto aplicable a los resultados de las simulaciones para poder compararlos directamente con los resultados experimentales.

2b)
Acerca del contenido de 30Si, hemos trabajado con capas isotópicas. Esto es, en vez de NatSi (compuesto de 28Si, 29Si y 30Si al 92%, 5% y 3% respectivamente), el material de cada capa está compuesto prácticamente por un 100% de material de un solo isótopo (30Si ó 28Si). Esto nos permite trazar bien la separación entre capas usando como marcador el 30Si, ya que la diferencia entre una capa en su estado intacto va de prácticamente un 0% de contenido de 30Si en la capa de 28Si a casi un 100% de 30Si en la capa de 30Si. Como purificar 30Si es muy caro (US$10,000/g), a menudo en nuestro laboratorio usábamos capas de NatSi y 28Si alternadas, dando respectivamente un contenido de 3% y 0% de 30Si, que en ciertos casos es una diferencia suficiente dependiendo del objetivo del experimento.

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