Primera publicación usando la aplicación SteemSTEM.io

in steemstem •  18 days ago

Elipsómetría espectroscópica del Kapton

Detalles técnicos


Giovanni Marín                                                                                        04/02/2019


Saludos mis estimados amigos de la comunidad científica #stem-espanol 


Ya estamos comenzando en 2do mes del año 2019 y el desarrollo de la aplicación SteemSTEM.io lleva la velocidad de la luz en cuanto a modificaciones y ajustes para que nuestros usuarios de la comunidad científica de habla hispana #stem-espanol se conviertan en unos expertos escritores de "facts over fiction".


KAPTON y sus aplicaciones:

Hasta ahora he trabajado con sustratos de vidrio, normalmente del tipo borosilicato, para hacer las deposiciones de los materiales semiconductores mediante las técnicas: evaporación térmica, cañón de electrones, sputtering DC o RF y últimamente mediante las técnicas de deposición química como dipping, SILAR o spin coating. 

Ya expliqué el proceso de limpieza de estas placas de vidrio y la importancia que tiene a la hora de maximizar la adherencia del material semiconductor que se deposite sobre este tipo de sustrato. Sin embargo, existen investigaciones bastantes desarrolladas sobre la utilización de otros tipos de sustratos, como: placas cerámicas, láminas metálicas o polímeros plásticos-teflón-kapton.


Uso del Kapton en el área Aeroespacial.


Esta última opción me llamó la atención debido a que el Kapton es usado en investigaciones aeroespaciales para brindar protección térmica a los dispositivos electrónicos que viajan en una nave espacial. Su amplio rango de temperaturas varía desde lo más frío "-269 ºC" hasta lo más caliente "400 ºC" según el ASTM D-5214-91.

Recordé que usaba la cinta adhesiva de Kapton mientras realizaba las medidas eléctricas en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Los Andes, Mérida-Venezuela, sólo que era a bajas temperaturas, la del nitrógeno líquido  "-196 ºC" y helio "-269 ºC", pero con la necesidad de hallar un sustrato que resistiera las altas temperaturas de evaporación de los semiconductores se me ocurrió investigar sobre este tipo de material.


¿Cuál es la composición química del Kapton?

Este material es producto de años de investigación de la industria DuPontTM y la información recopilada da cuenta que contiene un alótropo del carbono, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno en una composición por fracción de peso en orden descendente. De esta manera, podemos inferir el origen de tan amplia resistencia a los cambios de temperatura desde lo más frío a lo más caliente!


Espectroscopía Elipsométrica del Kapton

Para analizar las propiedades ópticas del posible sustrato para la deposición de películas delgadas, tratamos de obtener los parámetros ópticos: transmisión, índice de refracción "n" y coeficiente de extinción "k" en dos muestras de Kapton en forma de película con espesores de 25 µm y 75 µm.



Transmisión óptica del Kapton 25 µm | Autor @iamphysical



Pseudoparámetros n y k en Kapton 25 µm | Autor @iamphysical


En la película de Kapton con espesor de 25 µm se observa que el porcentaje de transmisión óptica comienza a disminuir desde ≈ 75% hasta 0% cerca de 2,80 eV. Considerando la figura anterior, donde el coeficiente de extinción k se relaciona con α = 4πk/λ, podemos determinar el valor de la brecha de energía EG ≈ 1,79 eV.



Transmisión óptica del Kapton 75 µm | Autor @iamphysical



Pseudoparámetros n y k en Kapton 75 µm | Autor @iamphysical


En la película de Kapton con espesor de 75 µm se observa que el porcentaje de transmisión óptica comienza a disminuir desde ≈ 75% hasta 0% cerca de 2,63 eV. Considerando la figura anterior, donde el coeficiente de extinción k se relaciona con α = 4πk/λ, podemos determinar el valor de la brecha de energía EG ≈ 1,62 eV.

Se observa una clara diferencia en los picos de resonancia óptica característico a la diferencia de espesores que tienen las películas de Kapton y se ha observado en otro tipo de material cristalino.


Aportes de esta publicación

Verdaderamente esta aplicación promete ser una referencia a futuro cercano y crea una nueva manera de compartir nuestros conocimientos científicos de una manera amena, diferente y lo más importante, de libre acceso a los amantes de las ciencias, tecnología, ingeniería, matemáticas y "facts over fiction".

Nuevamente comenzaré a escribir sobre algunos temas relacionados con los semiconductores y todo el mundo de la caracterización de materiales que es tan amplio que me atrevo a decir que se pueden crear nuevas líneas de investigación relacionadas con este tema.


Referencias y lectura recomendada

  • M-2000® Spectroscopic Ellipsometer Hardware Manual In situ, J.A. Woollam Co., Inc., (2010) pp. 93 
  • CompleteEASE™ Data Analysis Manual, J.A. Woollam Co., Inc., (2009) pp. 274
  • Easy-to-Use Acquisition/Analysis Software for Spectroscopic Ellipsometry (EASE™), J.A. Woollam Co., Inc., pp. 134 


Te invito a visitar mi página oficial en la aplicación https://www.steemstem.io



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Gracias al Proyecto Entropía!

Saludos amigo @iamphysical. Interesante propuesta de sustrato para los semiconductores, no soy muy conocedor pero un material con las bondades que describes del Kapton parece ser un buen candidato a sustrato, referente a eso supongo que la topología de la superficie del material es importante en el proceso de deposición ¿Cómo se compara el Kapton con el vidrio en ese aspecto?

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Saludos @emiliomoron
Realmente el Kapton lo han puesto a prueba para hacer las deposiciones de películas delgadas flexibles, pero yo no la he usado. Me concentré en buscar una pequeña muestra 10 cm x 10 cm de Kapton film para hacer algunos ensayos con alta temperatura y realicé un estudio de elipsometría. Con relación al vidrio sabemos que la superficie es un factor importante para la adherencia de las películas depositadas, pero por ahora no puedo darte mayores detalles, ya que no he podido adelantar otro tipo de experimento por tener poco material.

Genial no presentaste problemas en la edición doctor?

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Saludos compañero @carloserp-2000
Precisamente ayer me motivé a escribir usando la aplicación y resultó tal como está presentado en esta pantalla https://www.steemstem.io/#!/@iamphysical/primera-publicaci-n--1549236429
No tuve problemas para subir las imágenes ni con el texto, además me gustó el estilo personalizado con el uso de los colores del texto.

Estimado @iamphysical, excelente publicación como nos tienes acostumbrados. Definitivamente el mundo de los materiales es amplio, que sorprendente el rango de temperaturas del Kapton, son valores realmente extremos. ¿Existen laboratorios donde se simulan esas condiciones de temperatura? Realmente me da curiosidad. Adicionalmente aprovecho la oportunidad de felicitarte por publicar usando esta nueva aplicación "SteemSTEM.io", espero pronto utilizarla. Saludos compañero @iamphysical, y muchos éxitos!!!
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Saludos mi estimado @eliaschess333
En la última fotografía de mi publicación anterior https://steemit.com/stem-espanol/@iamphysical/innovacion-y-desarrollo-de-la-ciencia-y-tecnologia-parte-2 puedes observar un equipo de medidas eléctricas para bajas temperaturas, hasta helio 4 de 1,2 K, eso es el laboratorio de semiconductores de la Universidad de Los Andes, Mérida-Venezuela.
Para altas temperaturas, usé el Kapton en la evaporación de Molibdeno y pudo soportar cerca de 400 ºC.
Bueno, espero que te animes a usar la nueva aplicación "SteemSTEM.io" es muy amigable su uso.





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Saludos estimado @iamphysical. Excelente trabajo y presentación. Espero poder estar de nuevo en linea compartiendo sus trabajos y el de toda la comunidad de @stem-espanol. Mis felicitaciones por sus extraordinarios aportes.

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Gracias mi estimado @lorenzor
Aprovecho para invitarlo a usar esta aplicación para sus futuras publicaciones.