Actividades de Laboratorio. Sputtering

Actividades de Laboratorio

1. Objetivo

Dar una breve descripción de que es y cómo funciona el  sputtering (pulverización catódica), el AFM (Microscopio de Fuerza Atómica) y la espectroscopia ultravioleta-visible o espectrofotometría ultravioleta-visible (UV/VIS). Mencionar paso a paso el proceso llevado a cabo en el laboratorio, verificar los resultados obtenidos y sus conclusiones.

1. Resumen

Sputtering

La técnica de sputtering se ha convertido en el proceso de elección para el depósito de una amplia gama de recubrimientos de importancia industrial, algunos ejemplos son recubrimientos duros y resistentes al desgaste, recubrimientos de baja fricción, recubrimientos decorativos y recubrimientos con propiedades ópticas o eléctricas específicas. Aunque el proceso de sputtering básico ha sido conocido y utilizado durante muchos años, es el desarrollo del magnetrón desbalanceado y su incorporación a sistemas de múltiples fuentes de campo cerrado lo que han sido responsables del aumento de la importancia de esta técnica.

AFM

El Microscopio de Fuerza Atómica (AFM) es utilizado en la caracterización topográfica de una gran variedad de materiales. El AFM es una interesante técnica para el estudio de la superficie de los aceros, ya sea con ataque químico o no. Esta técnica es también una útil herramienta para obtener detalles estructurales en las superficies y en la identificación de fases.

UV  Visible

La espectrofotometría UV-visible es una técnica analítica que permite determinar la concentración de un compuesto en solución. Se basa en que las moléculas absorben las radiaciones electromagnéticas y a su vez que la cantidad de luz absorbida depende de forma lineal de la concentración. Para hacer este tipo de medidas se emplea un espectrofotómetro, en el que se puede seleccionar la longitud de onda de la luz que pasa por una solución y medir la cantidad de luz absorbida por la misma.

1. Marco teórico

Sputtering

El proceso de sputtering consiste en la extracción de átomos de la superficie de un electrodo debido al intercambio de momento con iones que bombardean los átomos de la superficie. Con esta definición está claro que el proceso de sputtering es básicamente un proceso de ataque, frecuentemente utilizado para la limpieza de superficies y la delineación de pistas. Sin embargo, como en el proceso de sputtering se produce vapor del material del electrodo, es también un método utilizado en la deposición de películas, similar a la evaporación.[pic 1]

Con el término deposición por sputtering se enmarcan una gran cantidad de procesos, pero todos tienen en común el empleo de un blanco del material que 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. De esta forma se depositan películas de metales puros o aleaciones utilizando descargas de gases nobles. Es también posible depositar materiales compuestos por sputtering utilizando blancos elementales con gases reactivos. Así se depositan óxidos y nitruros de metales en atmósferas reactivas de oxígeno y nitrógeno, respectivamente.

AFM

El microscopio de fuerza atómica (AFM, de sus siglas en inglés Atomic Force Microscope) es un instrumento mecano-óptico capaz de detectar fuerzas del orden de los nanonewtons. Al rastrear una muestra, es capaz de registrar continuamente su topografía mediante una sonda o punta afilada de forma piramidal o cónica. La sonda va acoplada a un listón o palanca microscópica muy flexible de sólo unos 200 µm. El microscopio de fuerza atómica ha sido esencial en el desarrollo de la nanotecnología, para la caracterización y visualización de muestras a dimensiones nanométricas.[pic 2]

UV  Visible

Se refiere exclusivamente a los fenómenos de absorción, dispersión o emisión, asociados a especies moleculares. Estos fenómenos implican cambios energéticos a nivel de los orbitales de enlace en la capa mas externa, y los patrones de cambio en los estados de transición suelen ser de baja energía y de muy poca diferencia entre ellos.[pic 3]

1. Procedimientos y resultados

Sputtering

1. Se limpia con una gasa y acetona el vidrio donde se pondrá la muestra (ZnO)
2. Después se  le pone cinta capton
3. En una cámara se introduce el sustrato y el blanco (fuente)
4. Se vacía la cámara hasta alcanzar una presión relativa,

Presión de trabajo: 4.6x10^-3

1. En una cámara de vacio se introduce un gas inerte (Ar o N2)
2. Se hace circular una pequeña corriente eléctrica,

Corriente: 200 mA

1. Se aplica una diferencia de potencial o voltaje entre dos electrodos: ánodo y cátodo, separados una sustancia L,

Volts: 1000.296

1. En el ánodo se coloca el sustrato; en el cátodo se coloca el blanco o material a depositar
2. El campo eléctrico acelera a los electrones y estos se impactan sobre los átomos de argón

Por último se puede apreciar la película delgada resultante.

AFM

• Modo contacto

En el barrido en modo contacto (figura a) la fuerza entre punta y muestra se

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