Microscopía

LA MICROSCOPÍA PARA EL ESTUDIO DE MATERIALES Y LÁMINAS DELGADAS

J.A. Martín Gago

La microscopía es una de las herramientas más importante a la hora de estudiar materiales y láminas delgadas. Las nuevas técnicas de ‘microscopia de sonda’ o ‘de campo cercano’, desarrolladas en las últimas décadas han abierto nuevas posibilidades de observación de la superficie de los materiales con resolución atómica. En este capítulo se revisan las principales técnicas microscópicas que se utilizan para el estudio de materiales y láminas delgadas, poniendo especial énfasis en describir sus ventajas e inconvenientes. También se introducen los conceptos fundamentales que intervienen en la formación de la imagen así como la resolución máxima de cada una de las técnicas que se describen.

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Capas delgadas

1. INTRODUCCIÓN A LA MICROSCOPÍA DE MATERIALES.

Una primera aproximación a la estructura de un material puede obtenerse por un simple análisis visual del mismo. La estructura atómica, y por tanto sus propiedades, se reflejan en la morfología del material. Así, si observamos un mineral que presenta aristas y cortes geométricos podemos asegurar que en su estructura atómica está cristalizado, e incluso podemos aventurarnos a predecir el grupo de simetría espacial al que pertenece. Un material que refleje la luz con un brillo apagado nos indica el carácter metálico del mismo. Si, por ejemplo, sobre un material plano observamos que se levantan flejes o láminas delgadas con facilidad, podemos asegurar que tiene una estructura atómica laminar, o en el caso de una capa delgada, que la adherencia química con el substrato es muy baja. El objetivo final de un análisis microscópico es obtener precisión en este tipo de observaciones. Para ello es necesario estudiar imágenes de los materiales con una resolución espacial mayor que la que podemos obtener con nuestros ojos. Nuestros ojos, en el mejor de los casos, resuelven objetos separados aproximadamente unas 50 μm. Sin embargo, en muchas ocasiones la información estructural buscada es de tamaño inferior y por tanto necesitamos utilizar microscopios.

La información que se obtiene del análisis microscópico de una muestra de un material es muy variada. Aparentemente se trata de información muy cualitativa y por tanto pudiera parecer de ‘segunda clase’. Sin embargo, las conclusiones que podamos obtener de un estudio completo y cuantitativo sobre un material deben de estar de acuerdo con su forma externa o morfología. En el estudio de una lámina delgada o material deberíamos siempre intentar contrastar la información que podamos obtener mediante técnicas espectroscópicas o estructurales con imágenes microscópicas del material en estudio. Muchos de los trabajos publicados en revistas científicas no serían tales si se hubiese presentado junto con los resultados una imagen microscópica de la muestra.

La microscopía es un área de trabajo multidisciplinar y por tanto aplicable a muchos tipos de muestras y procesos. Aunque su desarrollo principal e histórico fue motivado por su aplicación a la biología, hoy día se puede utilizar en a infinidad de áreas, y particularmente para el estudio de materiales y capas delgadas. La información que se obtiene es muy variada. Nos permite, por ejemplo, relacionar la forma de un material u objeto con sus propiedades y estructura interna, así como deducir procesos de formación y crecimiento, o inferir información sobre la homogeneidad de la muestra en estudio

La etimología de la palabra microscopía indica ‘reproducción de micras’, y así fue en sus orígenes. Actualmente la resolución es mucho mayor y podríamos por tanto, hablar de ‘Ångstroncopios’o ‘nanoscopios’ si nos refiriésemos a los microscopios con mayor poder resolutivo que existen actualmente. Con todo, es importante reseñar que la microscopía ofrece una información local. Un buen análisis microscópico debe preocuparse de la representatividad de los resultados,

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