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deposición química de vapor

El plasma de CC (violeta) mejora el crecimiento de nanotubos de carbono en un aparato de PECVD ( deposición química en fase vapor asistida por plasma ) a escala de laboratorio. ...

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El plasma de CC (violeta) mejora el crecimiento de nanotubos de carbono en un aparato de PECVD ( deposición química en fase vapor asistida por plasma ) a escala de laboratorio.

La deposición química en fase vapor ( CVD ) es un método de deposición de películas delgadas que se utiliza para producir materiales sólidos de alta calidad y alto rendimiento. Este proceso se emplea frecuentemente en la industria de los semiconductores para producir capas conductoras de electricidad con espesores que oscilan entre unos pocos cientos de nm y unos pocos micrómetros. [ 1 ]

En el proceso CVD típico, la oblea (sustrato) se expone a uno o más precursores volátiles , que reaccionan o se descomponen en la superficie del sustrato para producir el depósito deseado. Con frecuencia, también se generan subproductos volátiles , que se eliminan mediante un flujo de gas a través de la cámara de reacción.

Los procesos de microfabricación utilizan ampliamente la CVD para depositar materiales en diversas formas, incluyendo: monocristalina , policristalina , amorfa y epitaxial . Estos materiales incluyen: silicio ( dióxido , carburo , nitruro , oxinitruro ), carbono ( fibra , nanofibras , nanotubos , diamante y grafeno ), fluorocarbonos , filamentos , tungsteno , nitruro de titanio y varios dieléctricos de alta κ .

El término deposición química de vapor fue acuñado en 1960 por John M. Blocher, Jr., quien pretendía diferenciar la deposición química de la deposición física de vapor (PVD).

Tipos

CVD térmico de pared caliente (tipo de operación por lotes)
Enfermedad cardiovascular asistida por plasma

La CVD se practica en diversos formatos. Estos procesos generalmente difieren en la forma en que se inician las reacciones químicas.

  • Clasificados por condiciones de funcionamiento:
    • CVD a presión atmosférica (APCVD) – CVD a presión atmosférica.
    • CVD de baja presión (LPCVD): CVD a presiones subatmosféricas. [ 2 ] Muchos artículos de revistas y herramientas comerciales utilizan el término CVD de presión reducida (RPCVD) [ 3 ] especialmente para herramientas de una sola oblea en lugar de LPCVD, que predomina en herramientas de tubos de horno de múltiples obleas. Las presiones reducidas tienden a disminuir las reacciones no deseadas en fase gaseosa y a mejorar la uniformidad de la película en toda la oblea.
    • CVD de ultra alto vacío (UHVCVD): CVD a muy baja presión, generalmente por debajo de 10⁻⁶ Pa ( ≈  10⁻⁸ torr ). Cabe señalar que en otros campos, es común una división inferior entre alto y ultra alto vacío , a menudo de 10⁻⁷ Pa.
    • CVD subatmosférica (SACVD): CVD a presiones subatmosféricas. Utiliza ortosilicato de tetraetilo (TEOS) y ozono para rellenar estructuras de Si de alta relación de aspecto con dióxido de silicio (SiO₂ ) . [ 4 ]

La mayoría de las técnicas modernas de CVD son LPCVD o UHVCVD.

  • Clasificados según las características físicas del vapor:
    • Deposición química en fase vapor asistida por aerosol (AACVD): proceso de deposición química en fase vapor en el que los precursores se transportan al sustrato mediante un aerosol líquido/gas, que puede generarse por ultrasonidos. Esta técnica es adecuada para su uso con precursores no volátiles.
    • La deposición química en fase vapor por inyección directa de líquido (DLICVD) es un proceso en el que los precursores se encuentran en estado líquido (líquido o sólido disuelto en un disolvente adecuado). Las soluciones líquidas se inyectan en una cámara de vaporización mediante inyectores (normalmente inyectores de automóvil). Los vapores precursores se transportan al sustrato, al igual que en la deposición química en fase vapor convencional. Esta técnica es apta para precursores líquidos o sólidos y permite alcanzar altas tasas de crecimiento.
  • Clasificados por tipo de calentamiento del sustrato:
    • CVD de pared caliente: proceso de CVD en el que la cámara se calienta mediante una fuente de alimentación externa y el sustrato se calienta por radiación procedente de las paredes calentadas de la cámara.
    • CVD de pared fría: proceso CVD en el que solo el sustrato se calienta directamente, ya sea por inducción o mediante el paso de corriente a través del propio sustrato o de un calentador en contacto con él. Las paredes de la cámara se encuentran a temperatura ambiente.
  • Métodos de plasma (véase también Procesamiento de plasma ):
    • CVD asistida por plasma de microondas (MPCVD)
    • Deposición química en fase vapor asistida por plasma (PECVD): CVD que utiliza plasma para aumentar las velocidades de reacción química de los precursores. [ 5 ] El procesamiento PECVD permite la deposición a temperaturas más bajas, lo cual suele ser fundamental en la fabricación de semiconductores. Las temperaturas más bajas también permiten la deposición de recubrimientos orgánicos, como polímeros de plasma, que se han utilizado para la funcionalización de la superficie de nanopartículas . [ 6 ]
    • Deposición química en fase vapor asistida por plasma remoto (RPECVD): similar a la PECVD, con la diferencia de que el sustrato de la oblea no se encuentra directamente en la zona de descarga de plasma. Al retirar la oblea de la zona de plasma, se pueden alcanzar temperaturas de procesamiento tan bajas como la temperatura ambiente.
    • Deposición química en fase vapor mejorada con plasma de baja energía (LEPECVD): CVD que emplea un plasma de alta densidad y baja energía para obtener la deposición epitaxial de materiales semiconductores a altas velocidades y bajas temperaturas.
  • Deposición química de vapor por deposición de capa atómica ( ALCVD ): deposita capas sucesivas de diferentes sustancias para producir películas cristalinas en capas . Véase epitaxia de capa atómica .
  • Deposición química en fase vapor por combustión (CCVD): La deposición química en fase vapor por combustión o pirólisis de llama es una técnica basada en llamas y en atmósfera abierta para depositar películas delgadas y nanomateriales de alta calidad .
  • La CVD de filamento caliente (HFCVD), también conocida como CVD catalítica (Cat-CVD) o, más comúnmente, CVD iniciada, utiliza un filamento caliente para descomponer químicamente los gases precursores. [ 7 ] De este modo, la temperatura del filamento y la del sustrato se controlan de forma independiente, lo que permite temperaturas más bajas para obtener mejores tasas de absorción en el sustrato y temperaturas más altas necesarias para la descomposición de los precursores en radicales libres en el filamento. [ 8 ]
  • Deposición química en fase vapor híbrida (HPCVD): este proceso implica tanto la descomposición química de un gas precursor como la vaporización de una fuente sólida.
  • Deposición química de vapor de organometálicos (MOCVD): este proceso CVD se basa en precursores organometálicos .
  • Deposición química en fase vapor térmica rápida (RTCVD): este proceso de CVD utiliza lámparas de calentamiento u otros métodos para calentar rápidamente el sustrato de la oblea. Calentar únicamente el sustrato, en lugar del gas o las paredes de la cámara, ayuda a reducir las reacciones gaseosas no deseadas que pueden provocar la formación de partículas .
  • Epitaxia en fase de vapor (VPE)
  • Deposición química en fase vapor fotoiniciada (PICVD): este proceso utiliza luz ultravioleta para estimular reacciones químicas. Es similar al procesamiento con plasma, dado que los plasmas son potentes emisores de radiación ultravioleta. En determinadas condiciones, la PICVD puede operarse a presión atmosférica o cerca de ella. [ 9 ]
  • Deposición química en fase vapor asistida por láser (LCVD): este proceso CVD utiliza láseres para calentar puntos o líneas en un sustrato en aplicaciones de semiconductores. En MEMS y en la producción de fibras, los láseres se utilizan rápidamente para descomponer el gas precursor (la temperatura del proceso puede superar los 2000  °C) y construir una estructura sólida, de forma muy similar a como las impresoras 3D basadas en sinterización láser construyen sólidos a partir de polvos.

Usos

La CVD se utiliza comúnmente para depositar películas conformes y aumentar superficies de sustratos de maneras que las técnicas de modificación de superficie más tradicionales no pueden. La CVD es extremadamente útil en el proceso de deposición de capas atómicas para depositar capas extremadamente delgadas de material. Existen diversas aplicaciones para dichas películas. El arseniuro de galio se utiliza en algunos circuitos integrados (CI) y dispositivos fotovoltaicos. El polisilicio amorfo se utiliza en dispositivos fotovoltaicos. Ciertos carburos y nitruros confieren resistencia al desgaste. [ 10 ] La polimerización por CVD, quizás la más versátil de todas las aplicaciones, permite recubrimientos superfinos que poseen algunas cualidades muy deseables, como lubricidad, hidrofobicidad y resistencia a la intemperie, por nombrar algunas. [ 11 ] La CVD de estructuras metalorgánicas , una clase de materiales nanoporosos cristalinos, se ha demostrado recientemente. [ 12 ] Recientemente ampliado como un proceso integrado de sala limpia para depositar sustratos de gran superficie, [ 13 ] se prevén aplicaciones para estas películas en la detección de gases y dieléctricos de baja κ . Las técnicas CVD también son ventajosas para recubrimientos de membranas, como los de desalinización o tratamiento de agua, ya que estos recubrimientos pueden ser suficientemente uniformes (conformes) y delgados como para no obstruir los poros de la membrana. [ 14 ]

Materiales de importancia comercial preparados mediante CVD

polisilicio

El silicio policristalino se deposita a partir de triclorosilano (SiHCl 3 ) o silano (SiH 4 ), utilizando las siguientes reacciones: [ 15 ]

SiHCl 3 → Si + Cl 2 + HCl
SiH 4 → Si + 2 H 2

Esta reacción se suele realizar en sistemas LPCVD, con silano puro como materia prima o con una solución de silano con un 70-80 % de nitrógeno . Temperaturas entre 600 y 650  °C y presiones entre 25 y 150 Pa dan como resultado una velocidad de crecimiento de entre 10 y 20 nm por minuto. Un proceso alternativo utiliza una solución a base de hidrógeno . El hidrógeno reduce la velocidad de crecimiento, pero la temperatura se eleva a 850 o incluso 1050  °C para compensar. El polisilicio se puede cultivar directamente con dopaje, si se añaden gases como fosfina , arsina o diborano a la cámara CVD. El diborano aumenta la velocidad de crecimiento, mientras que la arsina y la fosfina la disminuyen.

dióxido de silicio

El dióxido de silicio (generalmente llamado simplemente "óxido" en la industria de semiconductores) puede depositarse mediante varios procesos diferentes. Los gases fuente comunes incluyen silano y oxígeno , diclorosilano ( SiCl₂H₂ ) y óxido nitroso [ 16 ] (N₂O ) , o tetraetilortosilicato (TEOS; Si(OC₂H₅ ) ₄ ) . Las reacciones son las siguientes: [ 17 ]

SiH₄ + O₂ → SiO₂ + 2 H₂
SiCl 2 H 2 + 2 N 2 O → SiO 2 + 2 N 2 + 2 HCl
Si(OC 2 H 5 ) 4 → SiO 2 + subproductos

La elección del gas fuente depende de la estabilidad térmica del sustrato; por ejemplo, el aluminio es sensible a las altas temperaturas. El silano se deposita entre 300 y 500  °C, el diclorosilano alrededor de 900  °C y el TEOS entre 650 y 750  °C, lo que da como resultado una capa de óxido de baja temperatura (LTO). Sin embargo, el silano produce un óxido de menor calidad que los otros métodos (menor rigidez dieléctrica , por ejemplo) y se deposita de forma no conforme . Cualquiera de estas reacciones puede utilizarse en LPCVD, pero la reacción del silano también se realiza en APCVD. El óxido CVD tiene invariablemente menor calidad que el óxido térmico , pero la oxidación térmica solo puede utilizarse en las primeras etapas de la fabricación de circuitos integrados.

El óxido también puede crecer con impurezas ( aleación o dopaje ). Esto puede tener dos propósitos. Durante las etapas posteriores del proceso que ocurren a alta temperatura, las impurezas pueden difundirse desde el óxido a las capas adyacentes (principalmente silicio) y doparlas. Los óxidos que contienen entre un 5 y un 15 % de impurezas en masa se utilizan a menudo para este fin. Además, el dióxido de silicio aleado con pentóxido de fósforo ("vidrio P") puede utilizarse para alisar superficies irregulares. El vidrio P se ablanda y vuelve a fundirse a temperaturas superiores a 1000  °C. Este proceso requiere una concentración de fósforo de al menos el 6 %, pero concentraciones superiores al 8 % pueden corroer el aluminio. El fósforo se deposita a partir de gas fosfina y oxígeno.

4 PH 3 + 5 O 2 → 2 P 2 O 5 + 6 H 2

Los vidrios que contienen boro y fósforo (vidrio de borofosfosilicato, BPSG) presentan flujo viscoso a bajas temperaturas;  se pueden alcanzar alrededor de 850 °C con vidrios que contienen aproximadamente un 5  % en peso de ambos componentes, pero su estabilidad en el aire puede ser difícil de lograr. El óxido de fósforo en altas concentraciones reacciona con la humedad ambiental para producir ácido fosfórico. Los cristales de BPO₄ también pueden precipitarse del vidrio en movimiento al enfriarse; estos cristales no se graban fácilmente con los plasmas reactivos estándar utilizados para la formación de patrones de óxidos y pueden provocar defectos en los circuitos integrados.

Además de estas impurezas intencionales, el óxido CVD puede contener subproductos de la deposición. El TEOS produce un óxido relativamente puro, mientras que el silano introduce impurezas de hidrógeno y el diclorosilano introduce cloro .

También se ha explorado la deposición a baja temperatura de dióxido de silicio y vidrios dopados a partir de TEOS utilizando ozono en lugar de oxígeno (350 a 500  °C). Los vidrios de ozono presentan una excelente conformabilidad, pero tienden a ser higroscópicos; es decir, absorben agua del aire debido a la incorporación de silanol (Si-OH) en el vidrio. La espectroscopia infrarroja y la deformación mecánica en función de la temperatura son herramientas de diagnóstico valiosas para detectar este tipo de problemas.

nitruro de silicio

El nitruro de silicio se utiliza frecuentemente como aislante y barrera química en la fabricación de circuitos integrados. Las dos reacciones siguientes depositan nitruro de silicio a partir de la fase gaseosa:

3 SiH 4 + 4 NH 3 → Si 3 N 4 + 12 H 2
3 SiCl 2 H 2 + 4 NH 3 → Si 3 N 4 + 6 HCl + 6 H 2

El nitruro de silicio depositado mediante LPCVD contiene hasta un 8 % de hidrógeno. Además, experimenta una fuerte tensión de tracción , que puede provocar el agrietamiento de películas de más de 200  nm de espesor. Sin embargo, presenta una resistividad y una rigidez dieléctrica superiores a las de la mayoría de los aislantes comúnmente utilizados en microfabricación ( 10¹⁶ Ω ·cm y 10 MΩ · cm, respectivamente).

En plasma se pueden utilizar otras dos reacciones para depositar SiNH:

2 SiH 4 + N 2 → 2 SiNH + 3 H 2
SiH₄ + NH₃ → SiNH + 3 H₂

Estas películas tienen mucha menos tensión de tracción, pero peores propiedades eléctricas (resistividad de 10⁶ a 10¹⁵ Ω ·cm y rigidez dieléctrica de 1 a 5 MV/cm). [ 18 ]

nitruro de titanio

El nitruro de titanio (TiN) se utiliza comúnmente como recubrimiento resistente al desgaste para aumentar la vida útil de las herramientas de corte debido a su dureza y resistencia química. [ 19 ] Una mezcla de gases común utilizada para depositar nitruro de titanio con CVD es:

TiCl 4 + 1/2 N 2 + 2 H 2 → TiN (s) + 4 HCl

Otras mezclas de gases utilizadas para depositar nitruro de titanio con CVD incluyen TiCl 4 + NH 3 + H 2 . [ 20 ]

Rieles

La CVD de tungsteno, utilizada para formar contactos conductores, vías y tapones en un dispositivo semiconductor, [ 21 ] se obtiene a partir de hexafluoruro de tungsteno (WF 6 ), que puede depositarse de dos maneras:

WF 6 → W + 3 F 2
WF 6 + 3 H 2 → W + 6 HF

Otros metales, en particular el aluminio y el cobre , pueden depositarse mediante CVD. A partir de 2010No existía un método CVD comercialmente rentable para el cobre, aunque existen fuentes volátiles, como Cu( hfac ) ₂ . El cobre se deposita típicamente mediante electrodeposición . El aluminio se puede depositar a partir de triisobutilaluminio (TIBAL) y compuestos organoaluminio relacionados .

La CVD para molibdeno , tantalio , titanio y níquel es ampliamente utilizada. [ 22 ] Estos metales pueden formar siliciuros útiles cuando se depositan sobre silicio. El Mo, el Ta y el Ti se depositan mediante LPCVD a partir de sus pentacloruros. Sin embargo, el níquel, el molibdeno y el tungsteno pueden depositarse a bajas temperaturas a partir de sus precursores carbonílicos. En general, para un metal M arbitrario , la reacción de deposición de cloruro es la siguiente:

2 MCl₅ + 5 H₂ → 2 M + 10 HCl

Mientras que la reacción de descomposición del carbonilo puede ocurrir espontáneamente bajo tratamiento térmico o cavitación acústica y es la siguiente:

M(CO) n → M + n CO

La descomposición de los carbonilos metálicos suele precipitarse violentamente por la presencia de humedad o aire, donde el oxígeno reacciona con el precursor metálico para formar metal u óxido metálico junto con dióxido de carbono.

Las capas de óxido de niobio(V) se pueden producir mediante la descomposición térmica del etóxido de niobio(V) con la pérdida de éter dietílico [ 23 ] [ 24 ] según la ecuación:

2 Nb(OC 2 H 5 ) 5 → Nb 2 O 5 + 5 C 2 H 5 OC 2 H 5

Los metales de transición tardía son particularmente difíciles de depositar mediante CVD; véase la deposición química de vapor de rutenio .

Grafeno

Existen muchas variantes de la deposición química de vapor (CVD) que pueden utilizarse para sintetizar grafeno. Si bien se han logrado muchos avances, los procesos que se enumeran a continuación aún no son comercialmente viables.

Fuente de carbono

La fuente de carbono más utilizada para producir grafeno es el gas metano. Una de las opciones menos comunes es el asfalto de petróleo, conocido por ser económico pero más difícil de manipular. [ 25 ]

Aunque el metano es la fuente de carbono más popular, se requiere hidrógeno durante el proceso de preparación para promover la deposición de carbono en el sustrato. Si la proporción de flujo de metano e hidrógeno no es la adecuada, se producirán resultados indeseables. Durante el crecimiento del grafeno, el metano proporciona una fuente de carbono, mientras que el hidrógeno aporta átomos de H para corroer el carbono amorfo [ 26 ] y mejorar la calidad del grafeno. Sin embargo, un exceso de átomos de H también puede corroer el grafeno [ 27 ] . Como resultado, se destruye la integridad de la red cristalina y se deteriora la calidad del grafeno [ 28 ] . Por lo tanto, al optimizar el caudal de metano e hidrógeno en el proceso de crecimiento, se puede mejorar la calidad del grafeno.

Uso de catalizador

El uso de catalizadores es viable para modificar el proceso físico de producción de grafeno. Algunos ejemplos notables incluyen nanopartículas de hierro, espuma de níquel y vapor de galio. Estos catalizadores pueden utilizarse in situ durante la formación de grafeno [ 25 ] [ 29 ] o bien, situarse a cierta distancia de la zona de deposición [ 30 ] . Algunos catalizadores requieren un paso adicional para su eliminación del material de la muestra [ 29 ] .

El crecimiento directo de dominios monocristalinos de grafeno grandes y de alta calidad sobre un sustrato dieléctrico es de vital importancia para aplicaciones en electrónica y optoelectrónica. La combinación de las ventajas de la CVD catalítica y el sustrato dieléctrico ultraplano, mediante CVD asistida por catalizador gaseoso [ 31 ], abre el camino para sintetizar grafeno de alta calidad para aplicaciones en dispositivos, evitando el proceso de transferencia.

Condiciones físicas

Las condiciones físicas, como la presión ambiental, la temperatura, el gas portador y el material de la cámara, desempeñan un papel importante en la producción de grafeno.

La mayoría de los sistemas utilizan LPCVD con presiones que van de 1 a 1500 Pa. [ 25 ] [ 30 ] Sin embargo, algunos todavía utilizan APCVD. [ 29 ] Las bajas presiones se utilizan con mayor frecuencia, ya que ayudan a prevenir reacciones no deseadas y producen un espesor de deposición más uniforme en el sustrato.

Por otro lado, las temperaturas utilizadas oscilan entre 800 y 1050  °C. [ 25 ] [ 29 ] Las altas temperaturas conllevan un aumento de la velocidad de reacción. Es necesario tener precaución, ya que las altas temperaturas representan mayores niveles de peligro, además de mayores costos energéticos.

Gas portador

Se introducen en el sistema gas hidrógeno y gases inertes como el argón. [ 25 ] [ 29 ] Estos gases actúan como portadores, mejorando la reacción superficial y la velocidad de reacción, aumentando así la deposición de grafeno sobre el sustrato.

Material de la cámara

En la deposición química en fase vapor (CVD) de grafeno se utilizan tubos y cámaras de cuarzo estándar. [ 32 ] [ 33 ] Se elige el cuarzo por su alto punto de fusión y su inercia química. En otras palabras, el cuarzo no interfiere con ninguna reacción física o química, independientemente de las condiciones.

Métodos de análisis de resultados

La espectroscopia Raman, la espectroscopia de rayos X, la microscopía electrónica de transmisión (TEM) y la microscopía electrónica de barrido (SEM) se utilizan para examinar y caracterizar las muestras de grafeno. [ 32 ] [ 33 ]

La espectroscopia Raman se utiliza para caracterizar e identificar las partículas de grafeno; la espectroscopia de rayos X se utiliza para caracterizar los estados químicos; la microscopía electrónica de transmisión (TEM) se utiliza para proporcionar detalles precisos sobre la composición interna del grafeno; y la microscopía electrónica de barrido (SEM) se utiliza para examinar la superficie y la topografía.

En ocasiones, la microscopía de fuerza atómica (AFM) se utiliza para medir propiedades locales como la fricción y el magnetismo. [ 32 ] [ 33 ]

Los métodos de difracción de rayos X son técnicas útiles para analizar películas delgadas. Métodos como la difracción de rayos X de incidencia rasante permiten caracterizar las fases presentes en las películas depositadas. Además, la reflectividad de rayos X (XRR) se utiliza para medir el espesor y la rugosidad de dichas películas. Las mediciones de figuras de polos son útiles para investigar texturas y orientaciones preferenciales en las películas depositadas. [ 34 ]

La técnica CVD de pared fría puede utilizarse para estudiar la ciencia de la superficie subyacente en la nucleación y el crecimiento del grafeno, ya que permite un control sin precedentes de parámetros del proceso como los caudales de gas, la temperatura y la presión, como se demostró en un estudio reciente. El estudio se llevó a cabo en un sistema vertical de pared fría de fabricación propia que utilizaba calentamiento resistivo mediante el paso de corriente continua a través del sustrato. Proporcionó información concluyente sobre un mecanismo típico de nucleación y crecimiento mediado por la superficie en materiales bidimensionales cultivados mediante CVD catalítica en condiciones similares a las de la industria de los semiconductores. [ 35 ] [ 36 ]

nanocinta de grafeno

A pesar de las fascinantes propiedades electrónicas y térmicas del grafeno, no resulta adecuado como transistor para futuros dispositivos digitales, debido a la ausencia de una brecha de energía entre las bandas de conducción y de valencia. Esto imposibilita la conmutación entre los estados de encendido y apagado en función del flujo de electrones. En menor escala, las nanocintas de grafeno de menos de 10  nm de ancho sí presentan brechas de energía electrónicas y, por lo tanto, son candidatas potenciales para dispositivos digitales. Sin embargo, el control preciso de sus dimensiones y, por ende, de sus propiedades electrónicas, representa un reto considerable, y las cintas suelen tener bordes rugosos que perjudican su rendimiento.

Diamante

Disco de diamante CVD monocristalino independiente
Una gema facetada incolora
Gema incolora tallada a partir de un diamante cultivado mediante deposición química de vapor.

La deposición química en fase vapor (CVD) permite producir diamantes sintéticos creando las condiciones necesarias para que los átomos de carbono de un gas se depositen sobre un sustrato en forma cristalina. La CVD de diamantes ha recibido gran atención en la ciencia de los materiales, ya que posibilita numerosas aplicaciones nuevas que antes se consideraban demasiado costosas. El crecimiento de diamantes mediante CVD suele producirse a baja presión (1–27 kPa ; 0,145–3,926 psi ; 7,5–203 Torr ) e implica la introducción de cantidades variables de gases en una cámara, su energización y la creación de las condiciones para el crecimiento del diamante sobre el sustrato. Los gases siempre incluyen una fuente de carbono y, por lo general, también hidrógeno, aunque las cantidades varían considerablemente según el tipo de diamante que se cultiva. Las fuentes de energía incluyen filamento caliente , microondas y descargas de arco , entre otras. El objetivo de la fuente de energía es generar un plasma en el que los gases se descomponen y se producen reacciones químicas más complejas. El proceso químico real para el crecimiento del diamante aún se encuentra en estudio y se ve dificultado por la gran variedad de procesos de crecimiento de diamantes utilizados.

Mediante la deposición química de vapor (CVD), se pueden cultivar películas de diamante sobre grandes superficies de sustrato, controlando las propiedades del diamante resultante. Anteriormente, cuando se utilizaban técnicas de alta presión y alta temperatura (HPHT) para producir diamante, el resultado solía ser diamantes pequeños y aislados de tamaños variables. Con el diamante CVD, se han logrado áreas de crecimiento de más de quince centímetros (seis pulgadas) de diámetro, y es probable que en el futuro se puedan recubrir con diamante áreas mucho mayores. Mejorar este proceso es fundamental para diversas aplicaciones importantes.

El crecimiento del diamante directamente sobre un sustrato permite añadir muchas de sus importantes cualidades a otros materiales. Dado que el diamante posee la mayor conductividad térmica de cualquier material a granel, la aplicación de capas de diamante sobre componentes electrónicos que generan mucho calor (como óptica y transistores) permite utilizarlo como disipador térmico. [ 37 ] [ 38 ] Se están cultivando películas de diamante sobre anillos de válvulas, herramientas de corte y otros objetos que se benefician de la dureza y la bajísima tasa de desgaste del diamante. En cada caso, el crecimiento del diamante debe realizarse con cuidado para lograr la adhesión necesaria al sustrato. La altísima resistencia al rayado y la conductividad térmica del diamante, junto con un coeficiente de expansión térmica inferior al del vidrio Pyrex , un coeficiente de fricción cercano al del teflón ( politetrafluoroetileno ) y una fuerte lipofilicidad , lo convertirían en un recubrimiento antiadherente casi ideal para utensilios de cocina si se pudieran recubrir grandes superficies de sustrato de forma económica.

El crecimiento mediante CVD permite controlar las propiedades del diamante producido. En el campo del crecimiento de diamantes, el término "diamante" se utiliza para describir cualquier material compuesto principalmente de carbono con enlaces sp3 , y existen muchos tipos diferentes de diamante incluidos en esta categoría. Al regular los parámetros de procesamiento —especialmente los gases introducidos, pero también la presión a la que opera el sistema, la temperatura del diamante y el método de generación de plasma— se pueden obtener muchos materiales diferentes que pueden considerarse diamante. Se puede obtener diamante monocristalino conteniendo diversos dopantes . [ 39 ] Se puede cultivar diamante policristalino con tamaños de grano que van desde varios nanómetros hasta varios micrómetros . [ 37 ] [ 40 ] Algunos granos de diamante policristalino están rodeados de carbono delgado, no diamantino, mientras que otros no. Estos diferentes factores afectan la dureza, la suavidad, la conductividad, las propiedades ópticas y otras características del diamante.

Calcogenuros

Comercialmente, el telururo de mercurio y cadmio sigue despertando interés para la detección de radiación infrarroja . Este material, compuesto por una aleación de CdTe y HgTe, puede prepararse a partir de los derivados dimetílicos de los elementos correspondientes.

Véase también

Referencias

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  5. ↑ Crystec Technology Trading GmbH, Deposición química en fase vapor asistida por plasma: tecnología y equipos
  6. ↑ Tavares, Jason; Swanson, EJ; Coulombe, S. (2008). "Síntesis por plasma de nanopartículas metálicas recubiertas con propiedades superficiales adaptadas para la dispersión". Plasma Processes and Polymers . 5 (8): 759. doi : 10.1002/ppap.200800074 .
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  • Wild, Christoph (2008). "Propiedades del diamante CVD y fórmula útil". Folleto sobre diamantes CVD en formato PDF para descarga gratuita.
  • Hess, Dennis W. (1988). Materiales y procesamiento electrónico: Actas del primer Congreso de Materiales y Procesamiento Electrónico celebrado conjuntamente con el Congreso Mundial de Materiales de 1988, Chicago, Illinois, EE. UU., 24-30 de septiembre de 1988 (Informe). DTIC ADA204709 .
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