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Recubrimiento por centrifugación

La máquina de recubrimiento por centrifugación Laurell Technologies WS-400 se utiliza para aplicar fotorresina a la superficie de una oblea de silicio. El recubrimiento por cent...

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La máquina de recubrimiento por centrifugación Laurell Technologies WS-400 se utiliza para aplicar fotorresina a la superficie de una oblea de silicio.

El recubrimiento por centrifugación es un procedimiento que se utiliza para depositar películas delgadas uniformes sobre sustratos planos . Generalmente, se aplica una pequeña cantidad de material de recubrimiento en forma líquida en el centro del sustrato, que gira a baja velocidad o permanece inmóvil. A continuación, el sustrato se rota a velocidades de hasta 10 000 rpm para extender el material de recubrimiento mediante fuerza centrífuga . La máquina utilizada para el recubrimiento por centrifugación se denomina recubridora por centrifugación o simplemente centrifugadora . [ 1 ]

La rotación continúa mientras el fluido gira sobre los bordes del sustrato, hasta alcanzar el espesor deseado de la película. El disolvente aplicado suele ser volátil y se evapora simultáneamente . Cuanto mayor sea la velocidad angular de giro, más delgada será la película. El espesor de la película también depende de la viscosidad y la concentración de la solución y del disolvente. [ 2 ] El análisis teórico pionero del recubrimiento por centrifugación fue realizado por Emslie et al., [ 3 ] y ha sido ampliado por muchos autores posteriores (incluidos Wilson et al., [ 4 ] que estudiaron la velocidad de extensión en el recubrimiento por centrifugación; y Danglad-Flores et al., [ 5 ] que encontraron una descripción universal para predecir el espesor de la película depositada).

El recubrimiento por centrifugación se utiliza ampliamente en la microfabricación de capas de óxido funcionales sobre sustratos de vidrio o monocristal mediante precursores sol-gel , donde se puede utilizar para crear películas delgadas uniformes con espesores a nanoescala. [ 6 ] Se utiliza intensivamente en fotolitografía para depositar capas de fotorresina de aproximadamente 1 micrómetro de espesor. La fotorresina se suele centrifugar a entre 20 y 80 revoluciones por segundo durante 30 a 60 segundos. También se utiliza ampliamente para la fabricación de estructuras fotónicas planas hechas de polímeros. El recubrimiento por centrifugación también se utiliza a veces en la preparación de películas de alineación para pantallas LCD . [ 7 ]

Una ventaja del recubrimiento por centrifugación de películas delgadas es la uniformidad del espesor de la película. Debido a la autonivelación, los espesores no varían más del 1 %. El espesor de las películas producidas de esta manera también puede afectar las propiedades ópticas de dichos materiales. Esto es importante para las pruebas electroquímicas, específicamente al registrar lecturas de absorbancia de espectroscopia ultravioleta-visible , ya que las películas más gruesas tienen menor transmitancia óptica y, por lo general, no permiten que la luz las atraviese en comparación con las películas más delgadas, que permiten que la luz pase antes de que la densidad óptica de la película sea demasiado baja. Además, las películas con menor calidad de absorbancia no son tan ideales para procesos como la voltametría cíclica porque la baja absorbancia dificulta el ajuste electroquímico de los cationes en una celda electroquímica. En este sentido, las películas más delgadas tienen propiedades ópticas más deseables que pueden ajustarse para tecnologías de almacenamiento de energía debido a sus propiedades influenciadas por el recubrimiento por centrifugación. [ 8 ] Sin embargo, el recubrimiento por centrifugación de películas más gruesas de polímeros y fotorresistencias puede dar como resultado perlas de borde relativamente grandes cuya planarización tiene límites físicos. [ 9 ]

Referencias

  1. ↑ Cohen, Edward; Lightfoot, EJ (2011). "Procesos de recubrimiento". Enciclopedia Kirk-Othmer de tecnología química . Nueva York: John Wiley. doi : 10.1002/0471238961.1921182203150805.a01.pub3 . ISBN 978-0471238966.
  2. ↑ Scriven, LE (1988). "Física y aplicaciones del recubrimiento por inmersión y el recubrimiento por centrifugación". Actas de la MRS . 121. Cambridge University Press (CUP): 717. doi : 10.1557/proc-121-717 . ISSN 1946-4274 . 
  3. ↑ Emslie, AG; Bonner, FT; Peck, LG (1958). "Flujo de un líquido viscoso sobre un disco giratorio". J. Appl. Phys . 29 (5): 858– 862. Bibcode : 1958JAP....29..858E . doi : 10.1063/1.1723300 .
  4. ↑ Wilson, SK; Hunt, R.; Duffy, BR (2000). "La tasa de propagación en el recubrimiento por centrifugación". J. Fluid Mech . 413 (1): 65–88 . Bibcode : 2000JFM...413...65W . doi : 10.1017/S0022112000008089 . S2CID 14585243 . 
  5. ^ Danglad-Flores, J.; Eickelmann, S.; Riegler, H. (2018). "Deposición de películas poliméricas mediante fundición por rotación: un análisis cuantitativo" . Química. Ing. Ciencia . 179 : 257– 264. Código Bib : 2018ChEnS.179..257D . doi : 10.1016/j.ces.2018.01.012 . hdl : 21.11116/0000-0000-2D6C-6 .
  6. ↑ Hanaor, DAH; Triani, G.; Sorrell, CC (2011). "Morfología y actividad fotocatalítica de películas delgadas de dióxido de titanio de fase mixta altamente orientadas". Surface and Coatings Technology . 205 (12). Elsevier BV: 3658– 3664. arXiv : 1303.2741 . doi : 10.1016/j.surfcoat.2011.01.007 . ISSN 0257-8972 . S2CID 96130259 .  
  7. ↑ Hoogboom, Johan; Rasing, Theo; Rowan, Alan E.; Nolte, Roeland JM (2006-03-24). "Capas de alineación LCD. Control de las propiedades del dominio nemático" . Journal of Materials Chemistry . 16 (14): 1305– 1314. doi : 10.1039/B510579J . hdl : 2066/35718 . ISSN 1364-5501 . 
  8. ↑ "¿Qué es el recubrimiento por centrifugación?" . Inseto. 4 de noviembre de 2020 . Consultado el 24 de mayo de 2023 .
  9. ↑ Arscott, Steve (2020). "Los límites de la planarización de bordes y nivelación de superficies en películas líquidas recubiertas por centrifugación" . Journal of Micromechanics and Microengineering . 30 (2): 025003. Bibcode : 2020JMiMi..30b5003A . doi : 10.1088/1361-6439/ab60be . hdl : 20.500.12210/44092 . S2CID 214580612 . 

Lecturas adicionales

  • S. Middleman y AK Hochberg. "Análisis de ingeniería de procesos en la fabricación de dispositivos semiconductores". McGraw-Hill, pág.  313 (1993).
  • Schubert, Dirk W.; Dunkel, Thomas (2003). "Recubrimiento por centrifugación desde un punto de vista molecular: sus regímenes de concentración, influencia de la masa molar y distribución". Materials Research Innovations . 7 (5). Informa UK Limited: 314– 321. Bibcode : 2003MatRI...7..314S . doi : 10.1007/s10019-003-0270-2 . ISSN 1432-8917 . S2CID 98374776 .  
  • Recubrimiento por centrifugación de películas de polímero delgadas y ultradelgadas
  • Deposición de películas de polímero mediante recubrimiento por centrifugación: un análisis cuantitativo