tecnicas de deposito-parte 1
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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 físicocomo químico, ciertos aspectos básicos del mecanismo de
crecimiento es comn para todas ellas.
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Etapas iniciales del crecimiento de un recubrimiento durante unproceso en fase vapor, para una superficie ideal sobre la que secondensa un gas de átomos o moléculas !tanto por métodos físicoscomo químicos"#
$.- %uente de vapor
&.- 'legada y acomodación de moléculas y(o átomos sobre la superficie
).- *ifusión superficial de las especies sobre la superficie
+.- ucleación.- recimiento de la película continua
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/écnicas de 0roducción de capas delgadas
*epósito %ísico
*epósito 1uímico
Evaporación en 2acío0ulveri3ación atódica4aces de iones0ulveri3ación por plasma
Ablación láser
*epósito 1uímico en %ase
2apor !2*"5xidación /érmica6étodos Electroquímicos
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Evaporacion térmica en vacío
7 'a técnica de deposición por evaporación térmica en vacío consiste en
el calentamiento 8asta la evaporación del material que se pretende
depositar.
7 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.7 ormalmente la evaporación se 8ace a presiones reducidas, del orden
de $9-: o $9- /orr, con ob;eto de evitar la reacción del vapor con la
atmósfera ambiente. A estas presiones ba;as, el recorrido libre medio
de los átomos de vapor es del orden de las dimensiones de la cámara devacío por lo que estas partículas via;an en línea recta desde la fuente de
evaporación !crisol" 8asta el substrato.
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Evaporación por calentamiento
mediante resistencia
En la técnica de deposición medianteevaporación, 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), olframio o
Tun!steno ()Los cuales presentan una presión de vapor
pr"cticamente nula a la temperatura de
evaporación (Tevap # $%%%&'%%% ).
uando se utili*a un filamento en forma de hélice
arrollada sobre el material, es conveniente +ue elmaterial evaporante moe 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 ha* de electrones es !enerado mediante un caón de electrones, el cual
utili*a la emisión termoiónica de electrones producida por un filamento
incandescente (c"todo).
-Los electrones emitidos, en
forma de corriente eléctrica, son
acelerados hacia un "nodo
mediante una d.d.p. mu/ elevada
(0ilovolts).
El "nodo puede ser el propio
crisol o un disco perforado situadoen sus pro1imidades (caones
auto& acelerados).
2 menudo se inclu/e un campo ma!nético para curvar la tra/ectoria de los
electrones, situando el caón de electrones por debao de la línea deevaporación.
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3ebido a la posibilidad de focali*ación de los electrones es posible obtener un
calentamiento mu/ locali*ado (puntual) sobre el material a evaporar, / con una
alta densidad de potencia de evaporación (varios 4).
Esto permite un control de la velocidad de evaporación, desde valores baos
hasta mu/ altos /, sobre todo, la posibilidad de depositar metales de alto punto
de fusión (p.e. , Ta, , etc.).
El hecho de tener el crisol refri!erado evita problemas de contaminación
producida por el calentamiento / la des!asificación de las paredes de la
c"mara de vacío.
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epósito por !ones
on esta definición est" claro +ue el proceso de sputterin! es b"sicamente un
proceso de ata+ue, frecuentemente utili*ado para la limpie*a de superficies /
la delineación de pistas. 5in embar!o, como en el proceso de sputterin! se
produce vapor del material del electrodo, es también un método utili*ado enla deposición de películas, similar a la evaporación.
El proceso de sputterin! consiste en la e1tracción de "tomos de la superficie de
un electrodo debido al intercambio de momento con iones +ue bombardean los
"tomos de la superficie.
on el término deposición por sputterin! se enmarcan una !ran cantidad de
procesos, pero todos tienen en com6n el empleo de un blanco del material
"ue 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.
3e esta forma se depositan películas de metales puros o aleaciones utili*ando
descar!as de !ases nobles.
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Pulverización Catódica
En la pulveri3ación catódica o <=puttering> los átomos del
material a depositar son expulsados de la superficie delmaterial !blanco" por bombardeo de iones positivos,normalmente de un gas inerte.
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7uente de
alimentación
+
-
8as inerte
Material +ue se +uiere depositar
apa del!ada
++ ++ ++
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5tras veces, mediante la pulveri3aciónsimultánea de dos o más materiales esposible producir capas derecubrimientos binarios, ternarios,etc.
'os procesos de sputtering tienen elinconveniente de ser más lentos quelos de evaporación, pero tienen laventa;a de ser más limpios, másversátiles, más controlables y no
necesitar altas temperaturas.
epósito por #ombardeo de iones
'os átomos que constituyen el recubrimiento se obtienenbombardeando unos blancos !metálicos o cerámicos" con iones de un
gas inerte !Argon" a ba;a energía !99-$999 e2".Estos átomos pulveri3ados via;an 8asta las superficies próximasdepositándose en ellas en proporciones similares a las del blanco departida.
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eposición asistida mediante haces de iones (!#$)
on ob;eto de aumentar la energía de llegada de los átomos y me;orarcon ello la ad8erencia y la densidad se puede recurrir a un bombardeocon iones de la superficie del substrato durante el proceso de
evaporación de las capas. /enemos así las técnicas de deposiciónasistida con iones.
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Refrigeración
Cátodo
Ánodo
Plasma
SubstratoRecubrimiento
Suministro de HA
/écnica 0ulveri3ación por plasma ! 0lasma =pray"
Es una técnica de pulveri3ación térmica, en la cual seorigina un plasma generado mediante la ioni3ación de ungas, generalmente argón o 8elio, que una ve3 formadoalcan3a una temperatura superior a )x$9+ B.
El material se inyecta en forma de polvo ;usto a la salida
de la boquilla y es arrastrado por el plasma que sale agran velocidad, fundiéndose debido a la alta temperaturae incidiendo sobre el sustrato.