Introducción al recubrimiento al vacío o a la tecnología de película fina 9 de noviembre de 2020
El recubrimiento al vacío, también llamado “tecnología de película fina” o deposición física de vapor (PVD), representa una parte impresionante entre las diversas aplicaciones de la tecnología de vacío. En esta publicación del blog, compartimos una visión general del desarrollo histórico, los varios principios básicos que sustentan la generación de películas finas y la disposición general de los dispositivos de recubrimiento.
¿Qué son las películas delgadas?
Las películas delgadas son capas de material sobre superficies con un grosor muy inferior a un nanómetro y de hasta un micrómetro. Existen varias razones para recubrir un dispositivo con una película fina. Aquí tiene algunos ejemplos:
- Películas protectoras para evitar la corrosión
- Capas decorativas en joyas o accesorios de baño
- Protección contra el desgaste en las herramientas
- Varias capas para mejorar las propiedades ópticas de las lentes oftálmicas
- Producción de semiconductores o células solares
- Producción con panel táctil
- Head-up-Displays en la industria automovilística
- Espejos de las lámparas reflectoras
- Láminas de embalaje para conservar la frescura
- Vidrio arquitectónico para aislamiento térmico
- Dactiloscopia
Esta lista no es exhaustiva, y nuevas aplicaciones están surgiendo continuamente
La historia de la tecnología de recubrimiento
Aunque hoy en día es una ciencia y tecnología emocionante y en crecimiento, tiene sus orígenes en experimentos que tuvieron lugar hace más de 150 años, cuando W.R. Grove observó por primera vez los efectos de pulverización catódica en 1852 y Michael Faraday investigó la evaporación por arco formando películas en 1857.
A principios del siglo 20, se investigaron los fundamentos de diferentes técnicas de recubrimiento y, en la década de 1930, se introdujeron en el mercado los primeros productos revestidos comercialmente, como reflectores aluminizados o resistencias de película fina. Después de la Segunda Guerra Mundial, la tecnología explotó.
Condiciones de vacío para la tecnología de película fina
En la actualidad, diferenciamos las diversas técnicas utilizadas para depositar una capa fina en un sustrato en deposición física de vapor (PVD) o deposición química de capas (CVD). El vacío desempeña un papel esencial en el PVD, que requiere un alto vacío. El vacío también forma parte de la mayoría de las aplicaciones CVD.
La tecnología más madura es la evaporación térmica. Un material se funde y evapora a altas temperaturas y el vapor se deposita en el objetivo. Las temperaturas necesarias se pueden consultar en el siguiente gráfico.
Presión de vapor de saturación de diferentes metales
La evaporación se puede lograr calentando alambres eléctricamente o depositándolos en crisoles de material con un punto de fusión significativamente más alto. Otra forma es fundirlo utilizando un haz de electrones.
En ambos casos, se requiere un alto vacío de 10-07 a 10-05 mbar durante el proceso de recubrimiento, dependiendo del tamaño de la cámara de vacío y de la calidad requerida de la capa. Esto se debe a que:
Para garantizar una ruta media libre de átomos evaporados que sea mucho más larga que la distancia desde la fuente hasta el objetivo. Esto garantiza que los átomos lleguen sin dispersión por las moléculas de gas residuales.
Para proporcionar superficies limpias. De lo contrario, los átomos evaporados no se pegarían bien y formarían una capa inestable.
Otra forma de recubrir muestras es mediante pulverización catódica. La pulverización catódica utiliza un material objetivo que es bombardeado por iones acelerados fuera de un plasma. El gas plasma más utilizado es el argón. Los átomos de iones de argón pulverizan el material objetivo que recubre el sustrato. Debido a la mayor energía de los átomos pulverizados, se adhieren mejor que si se aplican mediante evaporación térmica. Sin embargo, la deposición por pulverización requiere una ingeniería de sistemas más extensa que funcione en condiciones de vacío. Mientras que un proceso de pulverización catódica que utiliza plasma de argón funciona a presiones superiores a 5 x 10-04 (y hasta 1 x 10-02) mbar, se requiere una presión final en el rango de 10-06 mbar para la limpieza y para garantizar la pureza de cada capa.
