Las películas delgadas siguen atrayendo la atención de los investigadores. Este artículo presenta investigaciones actuales y más profundas sobre sus aplicaciones, métodos de deposición variable y usos futuros.
"Película" es un término relativo para un material bidimensional (2D) que es mucho más delgado que su sustrato, ya sea que esté destinado a cubrir el sustrato o a estar intercalado entre dos superficies. En las aplicaciones industriales actuales, el espesor de estas películas delgadas generalmente varía desde dimensiones atómicas subnanométricas (nm) (es decir, <1 nm) hasta varios micrómetros (μm). El grafeno de una sola capa tiene un espesor de un átomo de carbono (es decir, ~0,335 nm).
Las películas se utilizaban con fines decorativos y pictóricos en la prehistoria. Hoy en día, los artículos de lujo y las joyas están recubiertos con finas películas de metales preciosos como bronce, plata, oro y platino.
La aplicación más común de las películas es la protección física de superficies contra abrasión, impacto, rayones, erosión y abrasiones. Las capas de carbono tipo diamante (DLC) y MoSi2 se utilizan para proteger los motores de automóviles del desgaste y la corrosión a alta temperatura causada por la fricción entre piezas mecánicas móviles.
Las películas delgadas también se utilizan para proteger las superficies reactivas del medio ambiente, ya sea oxidación o hidratación debido a la humedad. Las películas conductoras de blindaje han recibido mucha atención en los campos de los dispositivos semiconductores, separadores de películas dieléctricas, electrodos de película delgada e interferencias electromagnéticas (EMI). En particular, los transistores de efecto de campo de óxido metálico (MOSFET) contienen películas dieléctricas química y térmicamente estables, como SiO2, y los semiconductores complementarios de óxido metálico (CMOS) contienen películas de cobre conductoras.
Los electrodos de película delgada aumentan varias veces la relación entre la densidad de energía y el volumen de los supercondensadores. Además, las películas delgadas de metal y actualmente las películas delgadas de cerámica de perovskita MXenes (carburos, nitruros o carbonitruros de metales de transición) se usan ampliamente para proteger componentes electrónicos de interferencias electromagnéticas.
En PVD, el material objetivo se vaporiza y se transfiere a una cámara de vacío que contiene el sustrato. Los vapores comienzan a depositarse en la superficie del sustrato simplemente debido a la condensación. El vacío evita la mezcla de impurezas y las colisiones entre las moléculas de vapor y las moléculas de gas residual.
La turbulencia introducida en el vapor, el gradiente de temperatura, el caudal de vapor y el calor latente del material objetivo juegan un papel importante en la determinación de la uniformidad de la película y el tiempo de procesamiento. Los métodos de evaporación incluyen calentamiento resistivo, calentamiento por haz de electrones y, más recientemente, epitaxia por haz molecular.
Las desventajas del PVD convencional son su incapacidad para vaporizar materiales con puntos de fusión muy altos y los cambios estructurales inducidos en el material depositado debido al proceso de evaporación-condensación. La pulverización catódica con magnetrón es la técnica de deposición física de próxima generación que resuelve estos problemas. En la pulverización catódica con magnetrón, las moléculas objetivo son expulsadas (pulverizadas) mediante bombardeo con iones positivos energéticos a través de un campo magnético generado por un magnetrón.
Las películas delgadas ocupan un lugar especial en los dispositivos electrónicos, ópticos, mecánicos, fotónicos, térmicos y magnéticos modernos e incluso en artículos de decoración debido a su versatilidad, compacidad y propiedades funcionales. PVD y CVD son los métodos de deposición de vapor más utilizados para producir películas delgadas con espesores que van desde unos pocos nanómetros hasta unos pocos micrómetros.
La morfología final de la película depositada afecta su rendimiento y eficiencia. Sin embargo, las técnicas de deposición evaporativa de película delgada requieren más investigación para predecir con precisión las propiedades de la película delgada en función de las entradas de proceso disponibles, los materiales objetivo seleccionados y las propiedades del sustrato.
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Hora de publicación: 23 de abril de 2023