Detalles Técnicos del Equipo

No es mi costumbre describir en detalle el equipo que utilizo para realizar las diferentes caracterizaciones de los materiales semiconductores, pero recordé a mi amigo el "Doctorísimo Andrés Eloy Mora" del Laboratorio de Análisis Químico y Estructural de Materiales cuando realizaba el recubrimiento de muestras "no conductoras" de electricidad con una capa delgada de Au para hacerlas conductoras y realizar el estudio con su microscopio electrónico de barrido. Con la muestra cubierta con Oro, podía obtener unas microfotografías con mayor resolución y nitidez, además realizaba el análisis cualitativo y cuantitativo de los elementos químicos presentes en esas muestras de manera más precisa. Me decía lo importante que es conocer los detalles técnicos de los equipos que se utilizan en el laboratorio y uno de ellos era un "spputering" con target de Au y Molibdeno (Mo) que tenía disponible allí, era bueno saberlo, porque en ninguna de mis muestras se utilizó esa técnica, ya que todas eran "Semi-Conductoras".

Comenzamos a describir el equipo de evaporación catódica o sputtering, tomando como referencia la siguiente fotografía:

• Sistema de Sputtering
Marca: Pelco
Modelo: SC-7

1. Sistema de vacío dinámico.

Se utiliza una bomba mecánica que alcanza un vacío dinámico de 10-3 Torr. Al inyectar el gas Argón para la creación del pasma, la presión disminuye hasta 6x10-3 Torr, por lo que es imprescindible mantener encendida la bomba de vacío dinámico.

Figura 1 del autor @iamphysical: Sistema de vacío.




2. Cámara de deposición.

Una cámara de vidrio de 1 cm de espesor y 10 cm de diámetro interno. Dispone de anillos de goma superior e inferior para garantizar el sellado al vacío. Dentro se encuentra el portamuestra y el magnetrón con el blanco de Au.

Figura 2 del autor @iamphysical: Cámara de deposición.




3. Sistema de control de deposición.

Consta de un panel de control manual o automático del proceso y visualiza la corriente del sputtering, la presión dentro de la cámara de vacío y el tiempo de deposición.

Figura 3 del autor @iamphysical: Sistema de control de deposición.

Normalmente este sistema es usado para el recubrimiento de materiales y para la formación de la unión metal-semiconductor.

Es importante destacar que el flujo de Ar era controlado a 5 psi, la corriente del sputtering variaba entre 5 mA y 45 mA, dependiendo del vacío para la formación del plasma y del tiempo de deposición que oscilaba entre 10 s y 60 s. Bajo estas condiciones se obtenían capas delgadas de unos 10 nm.

En la siguiente animación GIF se simula una evaporación catódica o sputtering directo, donde se origina el plasma y los iones positivos de Ar trasladan los átomos del target de Au hacia los sustratos de vidrio en la parte superior. Recuerden que en nuestro equipo Pelco SC-7, realmente el portamuestra está en la parte inferior y no está girando como se observa en la animación.

Fuente de la animación: AJA International, Inc.

Obviamente, se llama sputtering directo porque el target y el sustrato están en línea perpendicular uno del otro. En mi artículo anterior Técnica de evaporación catódica de materiales, les mencioné que el equipo de ultra alto vacío tenía 6 spputering confocales, ya que no están en la misma línea perpendicular sino que tiene una cierta inclinación respecto a la base del sustrato de vidrio.

En las siguientes fotografías les presento algunos ángulos del resultado de una deposición de Oro sobre dos portaobjetos de vidrio que han servido de ensayo para la puesta en funcionamiento de este equipo.

Figura del autor @iamphysical: Deposición de una capa delgada de Au sobre portaobjetos de vidrio.

Aportes de esta publicación.

Estimados amigos de la comunidad científica #stem-espanol, con este artículo he querido informar sobre una de las técnicas de deposición de capas delgadas sobre materiales, ya sea para recubrimiento de superficies o para la formación de uniones metal-semiconductor. Este es un procedimiento muy utilizado en la industria de dispositivos optoelectrónicos porque se requiere de la formación de capas o uniones de diferentes materiales. Si se tienen target de diferentes elementos químicos se pueden depositar capa a capa por separado y mediante un recocido se pueden combinar los elementos para formar un semiconductor binario o ternario!..

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Gracias por la lectura de este artículo!

:::::::::: Serie de publicaciones: Physical Vapour Deposition ::::::::::

Algunas técnicas de deposición de capas mediante un proceso físico llamado Deposición Física en Fase de Vapor o conocida por sus siglas en inglés como "PVD" Physical Vapour Deposition, que es una técnica para evaporar un material sólido, llevarlo a la fase gaseosa y por diferencias de temperaturas se deposita sobre un sustrato. Aquí les dejo algunos enlaces de mis publicaciones:

Capas delgadas de materiales semiconductores: Introducción.
Fundamentos y equipos de la evaporación térmica de semiconductores.
Técnica de evaporación catódica de materiales.

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Lecturas recomendadas:

○ Pulverización Catódica.
○ Depósito de películas delgadas.
○ Sistema de RF-Sputtering.
○ AJA International, Inc. Evaporación Térmica
○ Kurt J. Lesker Company. Técnicas de deposición de películas delgadas