7/23/2019 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.