Como preparar una muestra de un compuesto semiconductor
Hola amigos amantes de la ciencia,
Continuando mi explicación sobre este hermoso mundo de los semiconductores, antes de de entrar en el estudio de carácter estructural de semiconductores como mencione en mi anterior publicación, hoy quiero redactar un post relacionado con el método de preparación de una muestra semiconductora, es importante conocer esta "receta" (por decirlo así), para poder obtener unas medidas con un margen de error mínimo. Cuando me refiero a las medidas estoy hablando específicamente de carácter estructural, eléctrico y óptico.
Si bien sabemos como se sintetiza un compuesto semiconductor, pocos saben cual es el siguiente paso y surgen las siguientes preguntas:
¿Tenemos el lingote y ahora qué?
¿Qué podemos hacer con esa piedrita?
¿Comó realizamos un barrido de la muestra?
¿Qué son las caracterizaciones que menciona carlos?
¿De que habla?
Todas estas interrogantes se aclaran a medida que mi persona publique los diferentes artículos relacionados con este tema.
Si eres nuevo leyendo mis publicaciones y no sabes que es una síntesis de un compuesto semiconductor te invito a visitar los siguientes enlaces
Cu e In en estado fundido
Fusión directa
Bridgman-Stockbarger
Ahora bien como ya mencioné, antes de entrar completamente en la caracterización estructural, óptica y eléctrica, primero quiero mostrarle cómo preparar una pequeña porción del lingote crecido por cualquiera de las técnicas, con la finalidad de realizar diferentes estudios para poder observar las propiedades físicas de estos materiales.
Comó preparar una muestra
El primer paso es, por supuesto, crecer la muestra, es decir, sintetizarla por medio de la técnica apropiada para dicho compuesto.
El segundo paso es cortar el lingote, esto se hace con un cortador especial de diamante (figura 1).
Figura 1. Cortadora de diamante.
- Después de cortar el lingote procedemos a la preparación del mismo (figura 2).
Figura 2. Lingote semiconductor.
Preparación de una muestra semiconductora para realizar mediciones ópticas y eléctricas
Se necesitan los siguientes implementos para poder realizar este procedimiento, los cuales son:
Reóstato.
Plancha marca BANTE MS400 AGITADOR MAGNÉTICO.
Cera de abeja.
Tornillo micrométrico
Papel de lija (400/PB800) Y (1200).
Mopa beige 0,05 μm y gris 0,3μm.
Procedimiento
Paso #1
- Se conecta la plancha (figura 3) para poder encender la termócupla (figura 4).
Figura 3. Plancha.
La plancha tiene dos cables conectores, uno conectado a la salida y el otro conectado al reóstato.
Figura 4. Termocupla.
Paso #2
- Conecte el reóstato a la fuente de alimentación y enciéndala, llevandolo a 70V, asegúrese de que la termócupla esté en encima de la placa, la función de la termócupla es verificar que la temperatura en la placa sea la indicada (figura 5).
Figura 5. Termóculpa colocada encima de la plancha.
Paso #3
- Coloque el tornillo micrométrico en la placa (figura 6) y espere que se caliente y alcance una temperatura aproximada de 80 ºC.
Figura 6. Tornillo micrométrico colocado encima de la plancha.
Paso #4
- Espere 10 minutos para que el tornillo adquiera la temperatura deseada, luego coloque la cera de abeja y espere hasta que se derrita un poco, seguidamente coloque la muestra del material semiconductor en el tornillo (figura 7).
Figura 7. Muestra del compuesto semiconductor colocada sobre el tornillo micrométrico.
La cera no puede apreciarse porque en el momento de colocarla sobre el tornillo esta se adhiere al mismo y se derrite tomando un color transparente.
Paso #5
- Retire el tornillo de la placa y espere a que este se enfríe, de modo que la cera se endurezca y mantenga la muestra fija encima del tornillo micrométrico (figura 8).
Figura 8. Ejemplo de cómo debe estar adherida la muestra en el tornillo micrométrico.
Paso 6
- Con el tornillo medimos el grosor de la muestra.
Paso 7
- Luego se debe proceder a reducir la muestra con un papel de lija de (400 / PB800) (Figura 9) para alcanzar el espesor adecuado para el tipo de caracterización que nosotros necesitamos, recuerde que las unidades el tornillo micrométrico vienen dadas en micras. La muestra se reducirá manualmente girando el tornillo en forma de 8 (figura 10), esta técnica se realiza de forma que la muestra quede plana en su superficie.
Figura 9. Diferentes tipos de lijas usadas para reducir de tamaño muestras de compuestos semiconductores.
Figura 10. Ejemplo de como se debe reducir una muestra.
Paso 8
Finalmente se procederá a pulir la muestra con un una mopa especial de color gris de 0.05μm y 0.3μm (figura 11), de modo que la muestra en su superficie sea brillante, libre de impurezas y sin ningún otro defecto, de modo que al momento de completar las mediciones ópticas y eléctricas el margen de error no sea muy significativo significativo.
Figura 11. Mopa especial usada para pulir una muestra.
Se debe realizar el mismo procedimiento para el otro extremo de la muestra (superior e inferior. Debemos volver a encender la plancha, colocar el tornillo y esperar a que la cera se derrita para que podamos retirar la muestra y realizar el procedimiento en el otro extremo, tal como lo expliqué. Para limpiar la muestra debemos usar cloroformo o alcohol isopropílico, agragar un poco de esta solución en un biker o cualquier recipiente de vidrio, se llena y colocamos la muestra durante aproximadamente 5 horas para que se pueda retirar toda la cera y podamos nuevamente hacer las mediciones.
Y eso es todo.!!!
Cabe recordar que para las mediciones ópticas, la muestra del material debe tener un espesor de aproximadamente 50 micras, es decir, tener el grosor de una hoja de papel y ambos lados se la muestra estén muy bien pulidos brillantes para que podamos reflejar nuestro rostro en la muestra: D.
Y para mediciones eléctricas, el espesor no es tan pequeño, se recomienda tener un grosor mayor de 300 micras, ambos lados deben estar pulidos.
Si cumplimos al pie de la letra todo este procedimiento las correspondiente mediciones serán casi perfectas :)
Fuentes
Si desea leer más artículos científicos de buena calidad, no pierda el tiempo, y visite la etiqueta #steemstem, es un gran proyecto que ha crecido enormemente en los últimos meses, con el fin de promover altos puestos a publicaciones científicas.
Para obtener más información al respecto, únase a nuestro canal en discord.
Esta es una de las etapas cruciales para la caracterización de los materiales semiconductores, ya que el corte del lingote y pulido de las muestras permitirá obtener resultados experimentales más precisos y reproducibles.
Buen trabajo mi estimado amigo @carloserp-2000
Por supuesto sin una preparación correcta de la muestra nunca tendríamos resultados viables.
hallo bro. nice your post and your item is best. thaks bro.
El mundo de los semiconductores, está despertando mi atención; una pregunta: en término cotidianos ¿cómo podemos identificar la diferencia entre un elemento conductor y un elemento semi-conductor? Posiblemente sea algo muy básico lo que pregunto, si ese es el caso, pido disculpas. Saludos @carloserp-2000!
Hola amigo nosotros determinamos si es conductor o semi, cuando realizamos sus respectivas caracterizaciones y luego analizamos sus resultados, dependiendo de los mismos podemos decir que comportamiento tiene el material. Normalmente una manera sencilla de identificar un semiconductor es cuando realizamos caracterización óptica donde determinamos si tiene banda prohibida.
Hola @carloserp-2000 hace unos meses atrás trabaje con arcillas venezolanas modificadas con algunos líquidos ionicos estas arcillas las estudiamos por elipsometria para determinar la brecha energética y poder determinar si el material preparado era un conductor y un semi. A esta caracterización es la que te refieres para saber si el material es un conductor o no? o existe otro parámetro que determina esta característica?
Si normalmente los semi se reconocen por poseer una brecha energética, y también otra caracteristica importante es cuando realizamos caracterización eléctrica y medimos su resistividad, si lo sometemos a altas temperatura su conductividad debería aumentar, por lo contrario si lo sometemos a baja deberían tener un comportamiento de aislante.
En el IVIC-LUZ tenemos los equipos y realizamos todas esas caracterizaciones tanto eléctrica como óptica, lamentablemente estructural no porque el difractométro esta dañado, pero igual se realiza el análisis de difractograma de diferentes muestras
Pero elipsométria es otro tipo de estudio y es más útil para calcular constantes ópticas, indice de refracción, espesores de películas delgadas.
@carloserp-2000 Excelente tu presentación de este protocolo de laboratorio que permite iniciar investigaciones de gran valor en términos de la física, luego explicar y aplicar en fases posteriores.
Al leer tu post, reitero lo que le solicitaba a @iamphysical a manera de consideración especial, en cuanto a mirar la posibilidad de mostrar algunas aplicaciones de estas estupendas investigaciones en física, que podamos aprovechar desde las ciencias biológicas...insisto, en el ánimo de mostrar las relaciones interdisciplinares de las diversas áreas de las ciencias naturales. Felicitaciones y éxitos.