Presentaci

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Mecanismos de nucleación y crecimiento en capas
delgadas
El crecimiento de una capa delgada lleva
involucrado una serie de procesos a nivel
microscópico, los cuales determinarán en gran
medida la estructura, morfología y propiedades
físico-químicas del material.
Aunque existen diferentes técnicas, tanto de
origen físico como químico, ciertos aspectos
básicos del mecanismo de crecimiento es común
para todas ellas.
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Etapas iniciales del crecimiento de un
recubrimiento durante un proceso en fase vapor,
para una superficie ideal sobre la que se
condensa un gas de átomos o moléculas (tanto por
métodos físicos como químicos)
1.- Fuente de vapor 2.- Llegada y acomodación de
moléculas y/o átomos sobre la superficie 3.-
Difusión superficial de las especies sobre la
superficie 4.- Nucleación 5.- Crecimiento de la
película continua
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Técnicas de Producción de capas delgadas
Evaporación en Vacío Pulverización Catódica Haces
de iones Pulverización por plasma Ablación
láser Depósito Químico en Fase Vapor
(CVD) Oxidación Térmica Métodos Electroquímicos
Depósito Físico Depósito Químico

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Evaporacion térmica en vacío La técnica de
deposición por evaporación térmica en vacío
consiste en el calentamiento hasta la evaporación
del material que se pretende depositar. El
vapor del material termina condensándose en forma
de lámina delgada sobre la superficies fría del
substrato y las paredes de la cámara de vacío.
Normalmente la evaporación se hace a presiones
reducidas, del orden de 10-6 o 10-5 Torr, con
objeto de evitar la reacción del vapor con la
atmósfera ambiente. A estas presiones bajas, el
recorrido libre medio de los átomos de vapor es
del orden de las dimensiones de la cámara de
vacío por lo que estas partículas viajan en línea
recta desde la fuente de evaporación (crisol)
hasta el substrato.
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Evaporación por calentamiento mediante
resistencia En la técnica de deposición mediante
evaporación, el calentamiento del material hasta
la fusión se lleva a cabo mediante el paso de
corriente eléctrica a través de un filamento o
placa metálica sobre el cual se deposita el
material (efecto Joule). El material en forma de
vapor se condensa entonces sobre el substrato.
Los metales típicos usados como resistencia de
calentamiento son El tantalio (Ta), Molibdeno
(Mo), Wolframio o Tungsteno (W) Los cuales
presentan una presión de vapor prácticamente nula
a la temperatura de evaporación (Tevap
1000-2000 C). Cuando se utiliza un filamento en
forma de hélice arrollada sobre el material, es
conveniente que el material evaporante moje el
metal.
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Sistemas para evaporación en vacío
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Evaporacion por calentamiento mediante haz de
electrones Esta técnica esta basada en el
calentamiento producido por el bombardeo de un
haz de electrones de alta energía sobre el
material a depositar. El haz de electrones es
generado mediante un cañón de electrones, el cual
utiliza la emisión termoiónica de electrones
producida por un filamento incandescente
(cátodo).
Los electrones emitidos, en forma de corriente
eléctrica, son acelerados hacia un ánodo mediante
una d.d.p. muy elevada (kilovolts). El ánodo
puede ser el propio crisol o un disco perforado
situado en sus proximidades (cañones auto-
acelerados).
A menudo se incluye un campo magnético para
curvar la trayectoria de los electrones, situando
el cañón de electrones por debajo de la línea de
evaporación.
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Debido a la posibilidad de focalización de los
electrones es posible obtener un calentamiento
muy localizado (puntual) sobre el material a
evaporar, y con una alta densidad de potencia de
evaporación (varios KW). Esto permite un
control de la velocidad de evaporación, desde
valores bajos hasta muy altos y, sobre todo, la
posibilidad de depositar metales de alto punto de
fusión (p.e. W, Ta, C, etc.). El hecho de tener
el crisol refrigerado evita problemas de
contaminación producida por el calentamiento y la
desgasificación de las paredes de la cámara de
vacío.
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Depósito por Iones
El proceso de sputtering consiste en la
extracción de átomos de la superficie de un
electrodo debido al intercambio de momento con
iones que bombardean los átomos de la superficie.
Con esta definición está claro que el proceso de
sputtering es básicamente un proceso de ataque,
frecuentemente utilizado para la limpieza de
superficies y la delineación de pistas. Sin
embargo, como en el proceso de sputtering se
produce vapor del material del electrodo, es
también un método utilizado en la deposición de
películas, similar a la evaporación.
Con el término deposición por sputtering se
enmarcan una gran cantidad de procesos, pero
todos tienen en común el empleo de un blanco del
material que va a ser depositado como cátodo en
la descarga luminosa. El material es transportado
desde el blanco hasta el substrato donde se forma
la película. De esta forma se depositan películas
de metales puros o aleaciones utilizando
descargas de gases nobles.
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Pulverización Catódica
En la pulverización catódica o Sputtering los
átomos del material a depositar son expulsados de
la superficie del material (blanco) por bombardeo
de iones positivos, normalmente de un gas inerte.
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Capa delgada
Material que se quiere depositar
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(No Transcript)
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Una técnica de deposición de materiales basada en
el principio de sputtering antes mencionado es la
de Sputtering Magnetrón. Se caracteriza por
utilizar campos magnéticos transversales a los
campos eléctricos en la superficie del blanco.
La aplicación de este campo magnético transversal
da lugar a cambios importantes en el proceso
básico de sputtering 1.-Los electrones
secundarios generados en el blanco no bombardean
el substrato debido a que son atrapados en
trayectorias cicloidales cerca del blanco, así
disminuye la temperatura a la que se calienta el
substrato y disminuye el daño por radiación.
2.-Este hecho permite recubrir substratos que
no resistan temperaturas altas (como plásticos) y
superficies sensibles. 3.-Además en esta técnica
las velocidades de deposición son más altas que
en el sputtering tradicional, pudiendo utilizar
la técnica combinada con sputtering reactivo.
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Depósito por Bombardeo de iones
Los átomos que constituyen el recubrimiento se
obtienen bombardeando unos blancos (metálicos o
cerámicos) con iones de un gas inerte (Argon) a
baja energía (500-1000 eV). Estos átomos
pulverizados viajan hasta las superficies
próximas depositándose en ellas en proporciones
similares a las del blanco de partida.
Otras veces, mediante la pulverización simultánea
de dos o más materiales es posible producir capas
de recubrimientos binarios, ternarios, etc. Los
procesos de sputtering tienen el inconveniente de
ser más lentos que los de evaporación, pero
tienen la ventaja de ser más limpios, más
versátiles, más controlables y no necesitar altas
temperaturas.
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Deposición asistida mediante haces de iones
(IBAD) Con objeto de aumentar la energía de
llegada de los átomos y mejorar con ello la
adherencia y la densidad se puede recurrir a un
bombardeo con iones de la superficie del
substrato durante el proceso de evaporación de
las capas. Tenemos así las técnicas de
'deposición asistida con iones'.
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Técnica Pulverización por plasma ( Plasma Spray)
Es una técnica de pulverización térmica, en la
cual se origina un plasma generado mediante la
ionización de un gas, generalmente argón o helio,
que una vez formado alcanza una temperatura
superior a 3x104 K. El material se inyecta en
forma de polvo justo a la salida de la boquilla y
es arrastrado por el plasma que sale a gran
velocidad, fundiéndose debido a la alta
temperatura e incidiendo sobre el sustrato.