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  • Crecimiento de película
    Jan 06, 2018

    Todos los procesos de deposición de película delgada constan de tres pasos:


    1. producción de la especie formadora de película

    2. transporte de estas especies de la fuente al sustrato

    3. condensación y costura en el sustrato


    En PVD, el primer paso es la evaporación o la pulverización catódica, el segundo paso implica un transporte con visibilidad directa si la presión del proceso es muy baja y existe una pequeña probabilidad de colisión o un flujo de transporte si la presión es alta. El tipo de transporte influye en el crecimiento real de la película en el tercer paso.


    Cuando un átomo llega a la superficie del sustrato y está siendo adsorbido, se difundirá en la superficie hasta que sea desorbido o pegado a un sitio energético enérgico. Esta difusión de la superficie depende de la energía que tenga el átomo al llegar a la superficie y si el sustrato es suministrado por una energía adicional, por ejemplo, mediante calentamiento o bombardeo iónico. La energía del átomo depende de la presión en la cámara de deposición, una presión alta disminuye la energía debido a las pérdidas de energía en las colisiones. El bombardeo iónico de la superficie es posible en métodos basados ​​en plasma y puede controlarse mediante un voltaje de polarización negativa del sustrato con respecto al plasma.


    Si el átomo se adhiere a otro átomo de película en la superficie, se crea un par de baja movilidad y esto aumenta la probabilidad de que otro átomo se adhiera a ellos. En un número crítico de átomos, o un tamaño de núcleo crítico, se forma un núcleo. Estos núcleos crecerán en islas cristalinas que se unirán cuando se encuentren y finalmente formarán una película continua. Dependiendo de los parámetros del proceso, el crecimiento de la película continuará de diferentes maneras dando diferentes microestructuras. La película puede crecer capa por capa o en islas 3D o en una combinación de estos dos modos de crecimiento.


    En PVD, el crecimiento de la película suele ser columnar, es decir, los cristalitos crecen en columnas con límites de grano más o menos desarrollados entre ellos. Los límites de grano pueden contener vacíos y deteriorar la mayoría de las propiedades de la película, pero una película realmente densa y columnar puede tener, por ejemplo, excelentes propiedades tribológicas. Una microestructura densa completa en la película es a menudo muy deseable. A medida que la microestructura densa es promovida por el bombardeo iónico de la película en crecimiento, tales películas a menudo pueden depositarse mediante métodos de PVD en plasmas de alta densidad.


    Se han desarrollado varios modelos de crecimiento de película para la influencia de la condición de deposición en la microestructura de la película. Los modelos de zona de estructura empírica donde se identifican diferentes modos de crecimiento (zonas) en un diagrama para diferentes relaciones de temperatura a temperatura de fusión (T / T m) se utilizan comúnmente. John A. Thornton publicó una extensa revisión de tales modelos en 1977 y aquí sigue un breve resumen de esto. Movchan y Demchishin hicieron la siguiente clasificación: La Zona 1 aparece cuando T / T m <0.3 y="" se="" caracteriza="" por="" una="" gran="" rugosidad="" superficial="" y="" límites="" de="" grano=""> La zona 2 aparece cuando 0.3 <0.5 y="" se="" caracteriza="" por="" una="" estera,="" superficie="" lisa="" y="" granos="" columnares="" con="" límites="" densos="" y=""> La zona 3 aparece cuando 0.5 <1 y="" se="" caracterizan="" por="" una="" superficie="" brillante="" y="" granos=""> La estructura y las propiedades de esta zona están cerca del material a granel. Thornton ha propuesto un modelo extendido donde la influencia de la presión del gas de proceso se agrega a un segundo eje en el diagrama. En este diagrama, se puede identificar una cuarta zona (zona T, transición) entre la zona 1 y la zona 2. La estructura de la zona T es densa y fibrosa sin límites de grano anulados.


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