Colaboración con Samsung Electronics utilizando el principio de 'estabilización por entropía' con múltiples átomos metálicos
Nuevo catalizador descompone tetrafluoruro de carbono 2,3 veces más eficientemente y mantiene rendimiento a largo plazo
Se ha desarrollado un nuevo catalizador que reduce los potentes gases de efecto invernadero utilizados en la fabricación de semiconductores.
El equipo de investigación del profesor Choi Min-ki del Departamento de Ingeniería Química y Biológica del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) anunció el 3 de septiembre que, a través de una investigación conjunta con Samsung Electronics, ha desarrollado un nuevo catalizador capaz de eliminar con alta eficiencia durante prolongados períodos el tetrafluoruro de carbono (CF₄), un gas de efecto invernadero emitido en el proceso de microcircuitos de semiconductores.
El CF₄ se utiliza en la fabricación de circuitos microscópicos en obleas de semiconductores. Durante el proceso, quedan cantidades residuales. Como el carbono y el flúor están fuertemente enlazados, no se descomponen fácilmente. Una vez emitido a la atmósfera, permanece durante aproximadamente 50.000 años. Su impacto en el calentamiento global es más de 6.000 veces superior al del dióxido de carbono.
El CF₄ se descompone utilizando un catalizador que facilita reacciones químicas rápidas y fáciles entre el vapor de agua a altas temperaturas. El fluoruro de hidrógeno (HF) generado durante la descomposición del CF₄ crea un ambiente altamente corrosivo al entrar en contacto con el agua. Esto causa que las partículas microscópicas del catalizador se aglomeren o cambien de estructura. Por esta razón, los catalizadores convencionales perdían rendimiento con el uso prolongado.
El equipo de investigación aplicó el "poder del desorden". Cuando se combinan diferentes tipos de átomos dentro de una sola estructura, el arreglo se vuelve complejo pero los átomos no se aglomeran ni cambian fácilmente de estructura. El equipo mezcló uniformemente varios metales como aluminio (Al), zinc (Zn) y galio (Ga) dentro de una estructura cristalina de aluminato. No se aglomeraban ni se deformaban fácilmente incluso en ambientes con alta temperatura, humedad y flúor simultáneamente.
El nuevo catalizador mostró una tasa de descomposición de CF₄ aproximadamente 2,3 veces superior a la del catalizador convencional. En un experimento realizado durante 150 horas a aproximadamente 800°C, el catalizador convencional vio su tasa de conversión de CF₄ disminuir del 93% al 48%, mientras que el nuevo catalizador mantuvo un nivel alto, descendiendo solo del 98% al 92%. El equipo señaló que basándose en esta tecnología, es posible desarrollar catalizadores para tratar diversos gases de proceso de semiconductores variando el tipo y la combinación de metales.
El profesor Choi explicó: "Hemos aplicado el principio de que el desorden en la naturaleza puede estabilizar la estructura al diseño de catalizadores, asegurando simultáneamente un alto rendimiento en la descomposición de CF₄ y una estabilidad a largo plazo". Agregó: "El significado radica en haber presentado un nuevo método de diseño de materiales que puede expandirse a diversos catalizadores para el tratamiento de gases de proceso de semiconductores variando el tipo y la combinación de metales".
El equipo de investigación del profesor Choi Min-ki del Departamento de Ingeniería Química y Biológica del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) anunció el 3 de septiembre que, a través de una investigación conjunta con Samsung Electronics, ha desarrollado un nuevo catalizador capaz de eliminar con alta eficiencia durante prolongados períodos el tetrafluoruro de carbono (CF₄), un gas de efecto invernadero emitido en el proceso de microcircuitos de semiconductores.
El CF₄ se utiliza en la fabricación de circuitos microscópicos en obleas de semiconductores. Durante el proceso, quedan cantidades residuales. Como el carbono y el flúor están fuertemente enlazados, no se descomponen fácilmente. Una vez emitido a la atmósfera, permanece durante aproximadamente 50.000 años. Su impacto en el calentamiento global es más de 6.000 veces superior al del dióxido de carbono.
El CF₄ se descompone utilizando un catalizador que facilita reacciones químicas rápidas y fáciles entre el vapor de agua a altas temperaturas. El fluoruro de hidrógeno (HF) generado durante la descomposición del CF₄ crea un ambiente altamente corrosivo al entrar en contacto con el agua. Esto causa que las partículas microscópicas del catalizador se aglomeren o cambien de estructura. Por esta razón, los catalizadores convencionales perdían rendimiento con el uso prolongado.
El equipo de investigación aplicó el "poder del desorden". Cuando se combinan diferentes tipos de átomos dentro de una sola estructura, el arreglo se vuelve complejo pero los átomos no se aglomeran ni cambian fácilmente de estructura. El equipo mezcló uniformemente varios metales como aluminio (Al), zinc (Zn) y galio (Ga) dentro de una estructura cristalina de aluminato. No se aglomeraban ni se deformaban fácilmente incluso en ambientes con alta temperatura, humedad y flúor simultáneamente.
El nuevo catalizador mostró una tasa de descomposición de CF₄ aproximadamente 2,3 veces superior a la del catalizador convencional. En un experimento realizado durante 150 horas a aproximadamente 800°C, el catalizador convencional vio su tasa de conversión de CF₄ disminuir del 93% al 48%, mientras que el nuevo catalizador mantuvo un nivel alto, descendiendo solo del 98% al 92%. El equipo señaló que basándose en esta tecnología, es posible desarrollar catalizadores para tratar diversos gases de proceso de semiconductores variando el tipo y la combinación de metales.
El profesor Choi explicó: "Hemos aplicado el principio de que el desorden en la naturaleza puede estabilizar la estructura al diseño de catalizadores, asegurando simultáneamente un alto rendimiento en la descomposición de CF₄ y una estabilidad a largo plazo". Agregó: "El significado radica en haber presentado un nuevo método de diseño de materiales que puede expandirse a diversos catalizadores para el tratamiento de gases de proceso de semiconductores variando el tipo y la combinación de metales".
* Este artículo ha sido traducido por IA.