Deposicin en fase vapor Deposicin en fase vapor (pelculas delgadas)(pelculas delgadas)

INTRODUCCIONINTRODUCCION

Los progresos en ciencias de materiales y en Los progresos en ciencias de materiales y en tecnologas de vacos han permitido en las tecnologas de vacos han permitido en las ltimas dos dcadas el desarrollo de procesos ltimas dos dcadas el desarrollo de procesos avanzados de la obtencin de avanzados de la obtencin de capas finascapas finas o o muy finas de recubrimientos, y que vienen en muy finas de recubrimientos, y que vienen en sustitucin de las tcnicas clsicas de cromado, sustitucin de las tcnicas clsicas de cromado, anodizado, dorado, etc. anodizado, dorado, etc.

Las tcnicas clsicas siguen siendo usadas Las tcnicas clsicas siguen siendo usadas ampliamente, y si en algn caso se cuestiona su ampliamente, y si en algn caso se cuestiona su empleo (cromado) suele ser por motivos empleo (cromado) suele ser por motivos medioambientales.medioambientales.

Estas nuevas tecnologas de recubrimientos, Estas nuevas tecnologas de recubrimientos, conocidas como deposicin en fase vapor, se conocidas como deposicin en fase vapor, se han hecho indispensables en la mayor parte de han hecho indispensables en la mayor parte de sectores industriales, empezando por los ms sectores industriales, empezando por los ms avanzados: electrnica, superconductores, avanzados: electrnica, superconductores, ptica, aeronautica, herramientas, implantes e ptica, aeronautica, herramientas, implantes e instrumental mdico.instrumental mdico.

Principio de la TcnicaPrincipio de la TcnicaLas tcnicas de deposicin en fase vapor estn Las tcnicas de deposicin en fase vapor estn basadas en la formacin de un vapor del material basadas en la formacin de un vapor del material que se pretende depositar en capa delgada, con el que se pretende depositar en capa delgada, con el objeto de que el vapor se condense sobre la objeto de que el vapor se condense sobre la superficie del sustrato formando una capa delgada. superficie del sustrato formando una capa delgada.

Generalmente el proceso ha de realizarse en vaco o Generalmente el proceso ha de realizarse en vaco o en atmsfera controlada con objeto de evitar la en atmsfera controlada con objeto de evitar la interaccin del vapor con la atmsfera del aire.interaccin del vapor con la atmsfera del aire.

Mecanismo Mecanismo

El crecimiento de capas delgadas tiene un El crecimiento de capas delgadas tiene un mecanismo complejo, en el cual se mecanismo complejo, en el cual se suceden una serie de etapas a nivel suceden una serie de etapas a nivel microscpico:microscpico: Llegada de tomos a la superficieLlegada de tomos a la superficie Adsorcin y posterior difusin superficialAdsorcin y posterior difusin superficial NucleacinNucleacin Formacin de nuevas capas.Formacin de nuevas capas.

1-3 y 7 1-3 y 7 (PVD)(PVD)CVD CVD todastodas

TECNICASTECNICAS

Existen dos tipos de tcnicas:Existen dos tipos de tcnicas:

PHISICAL VAPOR DEPOSITION, PVDPHISICAL VAPOR DEPOSITION, PVD

CHEMICAL VAPOR DEPOSITION, CVDCHEMICAL VAPOR DEPOSITION, CVD

Tcnicas Fsicas (PVD)Tcnicas Fsicas (PVD) Se parte de un material slido que Se parte de un material slido que

se convierte en vapor mediante se convierte en vapor mediante calentamiento o bombardeo con calentamiento o bombardeo con iones energticos. iones energticos.

El material en forma de vapor El material en forma de vapor termina condensndose sobre la termina condensndose sobre la superficie del sustrato en forma de superficie del sustrato en forma de capa delgada. capa delgada.

Tcnicas

Tcnicas Qumicas CVDTcnicas Qumicas CVD Se parte directamente de gases (a Se parte directamente de gases (a

veces de lquidos que pasan a veces de lquidos que pasan a estado de vapor) los cuales estado de vapor) los cuales mediante reaccin dan un producto mediante reaccin dan un producto nuevo que se condensa en forma nuevo que se condensa en forma de pelcula delgada sobre el de pelcula delgada sobre el sustrato.sustrato.

Una diferencia esencial entre las tcnicas de Una diferencia esencial entre las tcnicas de PVD y de CVD es que en las primeras el PVD y de CVD es que en las primeras el material a depositar ya existe (en forma de material a depositar ya existe (en forma de slido) mientras que en las segundas el slido) mientras que en las segundas el material no existe previamente: se sintetiza material no existe previamente: se sintetiza mediante reaccin en fase vapor. mediante reaccin en fase vapor.

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Los distintos mtodos PVD consisten, como Los distintos mtodos PVD consisten, como ya se mencion, en evaporar un metal puro o ya se mencion, en evaporar un metal puro o aleacin en la cmara del reactor donde aleacin en la cmara del reactor donde previamente se obtiene un grado de vaco previamente se obtiene un grado de vaco muy elevado (10muy elevado (10 -6-6mbar).mbar).El metal evaporado en contacto con el gas El metal evaporado en contacto con el gas reactivo forma el compuesto que es reactivo forma el compuesto que es proyectado contra la pieza por accin de la proyectado contra la pieza por accin de la diferencia de potencial existente entre las diferencia de potencial existente entre las piezas y la cmara (200-400 V)piezas y la cmara (200-400 V)

TECNICAS FISICAS (PVD)TECNICAS FISICAS (PVD)

Las piezas antes de empezar la etapa de Las piezas antes de empezar la etapa de recubrimiento suelen ser calentadas a temperaturas recubrimiento suelen ser calentadas a temperaturas cercanas a 500 C para conseguir el grado de cercanas a 500 C para conseguir el grado de adherencia aceptable de la capa dura sobre el adherencia aceptable de la capa dura sobre el sustrato.sustrato.

Segn la naturaleza del recubrimiento se requerir la Segn la naturaleza del recubrimiento se requerir la evaporacin simultnea de ms de un elemento y, en evaporacin simultnea de ms de un elemento y, en muchas ocasiones, habr que hablar de proceso muchas ocasiones, habr que hablar de proceso reactivos, por ejemplo para la obtencin de reactivos, por ejemplo para la obtencin de recubrimientos cermicos, mediante la evaporacin recubrimientos cermicos, mediante la evaporacin de un metal en presencia de un gas residual de un metal en presencia de un gas residual reactivo.reactivo. Nitruros

Oxidos Carburos Carbonitruros

MecanismoMecanismo

En el proceso PVD el mecanismo bsico En el proceso PVD el mecanismo bsico es la transferencia de material tomo por es la transferencia de material tomo por tomo desde la fase slida a la fase vapor tomo desde la fase slida a la fase vapor y luego de vuelta a la fase slida, y luego de vuelta a la fase slida, construyndose as gradualmente una construyndose as gradualmente una pelcula sobre la superficie.pelcula sobre la superficie.

TIPOS DE TECNOLOGIAS PVDTIPOS DE TECNOLOGIAS PVD

De acuerdo al mecanismo de evaporacin se distinguen De acuerdo al mecanismo de evaporacin se distinguen diversas tcnicas, entre ellas: diversas tcnicas, entre ellas:

EVAPORACION TERMICAEVAPORACION TERMICA

BOMBARDEO CATODICO O SPUTTERINGBOMBARDEO CATODICO O SPUTTERING

APLICACIONESAPLICACIONES

Definicin

Evaporacin Trmica en vaco Evaporacin Trmica en vaco La tcnica de deposicin por evaporacin trmica en La tcnica de deposicin por evaporacin trmica en vaco consiste en el calentamiento hasta la vaco consiste en el calentamiento hasta la evaporacin del material que se pretende depositar. evaporacin del material que se pretende depositar.

El vapor del material termina condensndose en El vapor del material termina condensndose en forma de lmina delgada sobre la superficie fra del forma de lmina delgada sobre la superficie fra del sustrato y las paredes de la cmara de vaco. sustrato y las paredes de la cmara de vaco.

Normalmente la evaporacin se hace a presiones Normalmente la evaporacin se hace a presiones reducidas, del orden de 10reducidas, del orden de 10 -6 -6 o 10o 10-5-5 Torr, con objeto de Torr, con objeto de evitar la reaccin del vapor con la atmsfera evitar la reaccin del vapor con la atmsfera ambiente. ambiente.

A estas presiones bajas, el recorrido libre medio de los A estas presiones bajas, el recorrido libre medio de los tomos de vapor es del orden de las dimensiones de la tomos de vapor es del orden de las dimensiones de la cmara de vaco por lo que estas partculas viajan en cmara de vaco por lo que estas partculas viajan en lnea recta desde la fuente de evaporacin (crisol) hasta lnea recta desde la fuente de evaporacin (crisol) hasta el substrato. el substrato.

En las tcnicas de EVAPORACIN TRMICA, En las tcnicas de EVAPORACIN TRMICA, el calentamiento del material puede llevarse a el calentamiento del material puede llevarse a cabo por diferentes mtodos:cabo por diferentes mtodos:

Calentamiento mediante resistencia (efecto Calentamiento mediante resistencia (efecto Joule) Joule)

Calentamiento por Haz de electronesCalentamiento por Haz de electrones

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Evaporacin por calentamiento Evaporacin por calentamiento mediante resistenciamediante resistencia

El calentamiento del material hasta la fusin se lleva a El calentamiento del material hasta la fusin se lleva a cabo mediante el paso de corriente elctrica a travs de cabo mediante el paso de corriente elctrica a travs de un filamento o placa metlica sobre el cual se coloca el un filamento o placa metlica sobre el cual se coloca el material (efecto Joule). material (efecto Joule).

El material en forma de vapor se condensa entonces El material en forma de vapor se condensa entonces sobre el sustrato.sobre el sustrato.

El montaje de la tcnica es simple, y resulta muy El montaje de la tcnica es simple, y resulta muy apropiada para depositar metales y algunos compuestos apropiada para depositar metales y algunos compuestos de bajo punto de fusin (Al, Ag, Au, SiO, etc.). de bajo punto de fusin (Al, Ag, Au, SiO, etc.).

. .

Los metales tpicos usados como resistencia de Los metales tpicos usados como resistencia de calentamiento son el tantalio (Ta), molibdeno (Mo), calentamiento son el tantalio (Ta), molibdeno (Mo), wolframio o tungsteno (W) los cuales presentan una wolframio o tungsteno (W) los cuales presentan una presin de vapor prcticamente nula a la temperatura de presin de vapor prcticamente nula a la temperatura de evaporacin (Tevap = 1000-2000 C). evaporacin (Tevap = 1000-2000 C).

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Esquema del equipo de Esquema del equipo de deposicin mediante deposicin mediante calentamiento por calentamiento por resistenciaresistencia

Evaporacin por calentamiento Evaporacin por calentamiento mediante haz de electrones mediante haz de electrones

Esta tcnica esta basada en el calentamiento producido Esta tcnica esta basada en el calentamiento producido por el bombardeo de un haz de electrones de alta por el bombardeo de un haz de electrones de alta energa sobre el material a depositar. energa sobre el material a depositar.

El haz de electrones es generado mediante un can de El haz de electrones es generado mediante un can de electrones, el cual utiliza la emisin termoinica de electrones, el cual utiliza la emisin termoinica de electrones producida por un filamento incandescente electrones producida por un filamento incandescente (ctodo).(ctodo).

Los electrones emitidos, en forma de corriente elctrica, Los electrones emitidos, en forma de corriente elctrica, son acelerados hacia un nodo mediante una d.d.p. muy son acelerados hacia un nodo mediante una d.d.p. muy elevada (kilovolts). elevada (kilovolts).

El nodo puede ser el propio crisol o un disco perforado El nodo puede ser el propio crisol o un disco perforado situado en sus proximidades (caones auto-acelerados). situado en sus proximidades (caones auto-acelerados).

A menudo se incluye un campo magntico para curvar la A menudo se incluye un campo magntico para curvar la trayectoria de los electrones, situando el can de trayectoria de los electrones, situando el can de electrones por debajo de la lnea de evaporacinelectrones por debajo de la lnea de evaporacin

Esquema del equipo de evaporacin por bombardeo Esquema del equipo de evaporacin por bombardeo electrnico electrnico

EJEMPLOEJEMPLOFabricacin de recubrimientos metlicos (Ti, Al, Cr, W Fabricacin de recubrimientos metlicos (Ti, Al, Cr, W etc) se dispone del metal en un crisol refrigerado, y una etc) se dispone del metal en un crisol refrigerado, y una vez hecho el vaco, se hace incidir sobre la superficie un vez hecho el vaco, se hace incidir sobre la superficie un intenso haz de electrones. Su impacto funde el metal intenso haz de electrones. Su impacto funde el metal que, al estar en alto vaco, se evapora parcialmente.que, al estar en alto vaco, se evapora parcialmente.

Si se desea producir un recubrimiento cermico como Si se desea producir un recubrimiento cermico como (Ej:TiN) es preciso implementar un proceso reactivo, (Ej:TiN) es preciso implementar un proceso reactivo, introduciendo Nitrgeno en el vaco residual, introduciendo Nitrgeno en el vaco residual, favoreciendo la reaccin mediante ionizacin parcial del favoreciendo la reaccin mediante ionizacin parcial del vapor y colocando la superficie del sustrato a la vapor y colocando la superficie del sustrato a la temperatura idnea.temperatura idnea.

Los tomos evaporados Los tomos evaporados emergen concentrados en emergen concentrados en un llamado cono de un llamado cono de proyeccin.proyeccin.

La superficie a recubrir debe La superficie a recubrir debe colocarse en la direccin de colocarse en la direccin de este cono y normalmente se este cono y normalmente se mueve para asegurar la mueve para asegurar la homogeneidad.homogeneidad.

VentajasVentajasDebido a la posibilidad de focalizacin de los electrones Debido a la posibilidad de focalizacin de los electrones es posible obtener un calentamiento muy localizado es posible obtener un calentamiento muy localizado (puntual) sobre el material a evaporar, y con una alta (puntual) sobre el material a evaporar, y con una alta densidad de potencia de evaporacin (varios KW). densidad de potencia de evaporacin (varios KW).

Esto permite un control de la velocidad de evaporacin, Esto permite un control de la velocidad de evaporacin, desde valores bajos hasta muy altos y, sobre todo, la desde valores bajos hasta muy altos y, sobre todo, la posibilidad de depositar metales de alto punto de fusin posibilidad de depositar metales de alto punto de fusin (p.e. W, Ta, C, etc.). (p.e. W, Ta, C, etc.).

El hecho de tener el crisol refrigerado evita problemas El hecho de tener el crisol refrigerado evita problemas de contaminacin.de contaminacin.

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SPUTTERING SPUTTERING El proceso de sputtering consiste en la extraccin El proceso de sputtering consiste en la extraccin de tomos de la superficie de un electrodo debido al de tomos de la superficie de un electrodo debido al intercambio de momento con iones que intercambio de momento con iones que bombardean los tomos de la superficie. bombardean los tomos de la superficie.

Con esta definicin est claro que el proceso de Con esta definicin est claro que el proceso de sputtering es bsicamente un proceso de ataque, sputtering es bsicamente un proceso de ataque, frecuentemente utilizado para la limpieza de frecuentemente utilizado para la limpieza de superficies y la delineacin de pistas. Sin embargo, superficies y la delineacin de pistas. Sin embargo, como en el proceso de sputtering se produce vapor como en el proceso de sputtering se produce vapor del material del electrodo, es tambin un mtodo del material del electrodo, es tambin un mtodo utilizado en la deposicin de pelculas, similar a la utilizado en la deposicin de pelculas, similar a la evaporacin. evaporacin.

Con el trmino deposicin por sputtering se enmarcan Con el trmino deposicin por sputtering se enmarcan una gran cantidad de procesos, pero todos tienen en una gran cantidad de procesos, pero todos tienen en comn el empleo de un blanco del material que va a ser comn el empleo de un blanco del material que va a ser depositado como ctodo en la descarga luminosa. depositado como ctodo en la descarga luminosa.

El material es transportado desde el blanco hasta el El material es transportado desde el blanco hasta el sustrato donde se forma la pelcula. sustrato donde se forma la pelcula.

De esta forma se depositan pelculas de metales puros o De esta forma se depositan pelculas de metales puros o aleaciones utilizando descargas de gases nobles.aleaciones utilizando descargas de gases nobles.

Es tambin posible depositar materiales compuestos Es tambin posible depositar materiales compuestos por sputtering utilizando blancos elementales con gases por sputtering utilizando blancos elementales con gases reactivos. reactivos.

As se depositan xidos y nitruros de metales en As se depositan xidos y nitruros de metales en atmsferas reactivas de oxgeno y nitrgeno, atmsferas reactivas de oxgeno y nitrgeno, respectivamenterespectivamente

Existen dos tcnicas PVD asistidasExisten dos tcnicas PVD asistidas Magnetron sputteringMagnetron sputtering IBAD ( sputtering con fuente de iones)IBAD ( sputtering con fuente de iones)

Magnetrn SputteringMagnetrn SputteringTcnica de deposicin por sputtering ms Tcnica de deposicin por sputtering ms difundida, se caracteriza por utilizar campos difundida, se caracteriza por utilizar campos magnticos transversales a los campos magnticos transversales a los campos elctricos en la superficie del blanco. La elctricos en la superficie del blanco. La aplicacin de este campo magntico transversal aplicacin de este campo magntico transversal da lugar a cambios importantes en el proceso da lugar a cambios importantes en el proceso bsico de sputtering. bsico de sputtering.

CaractersticasCaractersticasLos electrones secundarios generados en el blanco no Los electrones secundarios generados en el blanco no bombardean el sustrato, ya que son atrapados en trayectorias bombardean el sustrato, ya que son atrapados en trayectorias cicloidales cerca del blanco, as disminuye la temperatura a la cicloidales cerca del blanco, as disminuye la temperatura a la que se calienta el sustrato y disminuye el dao por radiacin. que se calienta el sustrato y disminuye el dao por radiacin.

Este hecho permite recubrir sustratos que no resistan Este hecho permite recubrir sustratos que no resistan temperaturas altas (como plsticos) y superficies sensibles temperaturas altas (como plsticos) y superficies sensibles (evitando el dao por radiacin)(evitando el dao por radiacin)

Adems en esta tcnica las velocidades de deposicin Adems en esta tcnica las velocidades de deposicin son ms altas que en el sputtering tradicional. son ms altas que en el sputtering tradicional.

Este sistema es utilizado en el crecimiento de pelculas Este sistema es utilizado en el crecimiento de pelculas compuestas y multicapas de nitruros metlicos (Ti, Al, compuestas y multicapas de nitruros metlicos (Ti, Al, Zr, etc) con fines fundamentalmente de aplicaciones Zr, etc) con fines fundamentalmente de aplicaciones como recubrimientos duros.como recubrimientos duros.

Recubrimientos Duros Recubrimientos Duros Denominacin para metales de carburo o nitruro en transicin, Denominacin para metales de carburo o nitruro en transicin, obtenidos por procesos CVD- o plasma asistido PVD, por ej. TiC o obtenidos por procesos CVD- o plasma asistido PVD, por ej. TiC o TiN, los cuales tienen durezas Vickers mayores de 2000 kg/mmTiN, los cuales tienen durezas Vickers mayores de 2000 kg/mm 22. . Aplicable para mejorar la resistencia a la abrasin de productos Aplicable para mejorar la resistencia a la abrasin de productos como herramientas de corte o implantes de articulaciones humanas como herramientas de corte o implantes de articulaciones humanas biocompatibles. biocompatibles.

IBADIBADIon Beam Ion Beam AssistedAssisted Deposition, constituyen el desarrollo Deposition, constituyen el desarrollo ms reciente en relacin al PVD.ms reciente en relacin al PVD.

Consisten en someter la superficie del sustrato a un Consisten en someter la superficie del sustrato a un bombardeo simultneo con iones de una determinada bombardeo simultneo con iones de una determinada energa. Se consigue as un mezclado (Ion Beam energa. Se consigue as un mezclado (Ion Beam Mixing) de los tomos del recubrimiento con los del Mixing) de los tomos del recubrimiento con los del sustrato, desapareciendo la intercara abrupta y sustrato, desapareciendo la intercara abrupta y facilitando la adhesin.facilitando la adhesin.

Adems el IBAD modifica la composicin y estructura de Adems el IBAD modifica la composicin y estructura de las capas obtenindose recubrimientos ms compactos las capas obtenindose recubrimientos ms compactos y de mejores propiedades.y de mejores propiedades.

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APLICACIONES INDUSTRIALESAPLICACIONES INDUSTRIALES

En aplicaciones para tiles industriales, En aplicaciones para tiles industriales, puede decirse que recubrimientos por PVD ms puede decirse que recubrimientos por PVD ms extendidos son los de TiN, el familiar recubrimiento extendidos son los de TiN, el familiar recubrimiento dorado empleado herramientas, plaquitas corte, dorado empleado herramientas, plaquitas corte, moldes inyeccin, etc. moldes inyeccin, etc.

La La mayora de los casos se trata de capas de mayora de los casos se trata de capas de 1-2 m obtenidas por mtodos de evaporacin, lo 1-2 m obtenidas por mtodos de evaporacin, lo que normalmente implica exposicin de las que normalmente implica exposicin de las superficies a superficies a TT prximas a 500 prximas a 500 C.

TiN supone cerca del 90% mercado actual de TiN supone cerca del 90% mercado actual de recubrimientos duros, siendo seguido por otros recubrimientos duros, siendo seguido por otros recubrimientos basados en el Titanio como el recubrimientos basados en el Titanio como el TiC o el TiCN. TiC o el TiCN.

Hay sin embargo muchos otros recubrimientos Hay sin embargo muchos otros recubrimientos comerciales extraduros como es el caso del comerciales extraduros como es el caso del CrN, ideal para problemas de desgaste-CrN, ideal para problemas de desgaste-corrosin y que admite espesores de corrosin y que admite espesores de recubrimiento de hasta 20 m, el WC o la Arecubrimiento de hasta 20 m, el WC o la All203. 203.

Las durezas obtenidas oscilan entre 1800-3300 Las durezas obtenidas oscilan entre 1800-3300 HV.HV.

Otra lnea de recubrimientos es la de la lubricacin Otra lnea de recubrimientos es la de la lubricacin slida. slida. EEjj.. Tpico Tpico:: MoS MoS22:: ideal para los problemas de ideal para los problemas de friccin. Es cada vez ms frecuente producir una friccin. Es cada vez ms frecuente producir una primera capa extradura y sobre ella una capa de MoS2, primera capa extradura y sobre ella una capa de MoS2, para reducir a la vez desgaste y friccin.para reducir a la vez desgaste y friccin.

LLneas de desarrollo actuales se centran en obtener neas de desarrollo actuales se centran en obtener procesos ms eficaces, a procesos ms eficaces, a T T ms bajas y con mejor ms bajas y con mejor adherencia al substrato.adherencia al substrato.

Por otro lado se trabaja en el desarrollo de Por otro lado se trabaja en el desarrollo de recubrimientos ms complejos, como son los casos del recubrimientos ms complejos, como son los casos del TiAlCN o TiAlCNB2. TiAlCN o TiAlCNB2.

Finalmente hay que mencionar el creciente uso de Finalmente hay que mencionar el creciente uso de multicapas y de capas de composicin variable con la multicapas y de capas de composicin variable con la profundidad.profundidad.

Aplicaciones PVD

Piezas de mecanizado recubiertas con una capa de nitruro de titanio por PVD.

APLICACIONES DECORATIVASAPLICACIONES DECORATIVAS

Los campos de mayor aplicacin en PVD decorativo son tan diversos como menaje de cocina, construccin (grifera, pomos para puertas y muebles), bisutera (componentes de relojera), biomateriales y ornamentacin en general. Sin embargo, da a da aumenta su uso en otros sectores.

Compuestos pioneros en decoracin: TiN, color dorado ZrN dorado ms claro.

La necesidad de lograr colores que imiten el latn pulido o oro viejo, entre otros, ha generado el desarrollo de compuestos basados en carbonitruros, xidos, oxi-nitruros, que presentan tonalidades distintas en funcin de la proporciones de los gases reactivos.

Colores oscuros (gris, negro) se consiguen mediante nitruros de titanio dopados y carburos.

Nitruro de Cromo (CrN)

Sustitutivo de los cromados.

Ventajas:

Aspecto metlico, Elevada dureza y buen comportamiento al desgaste.

Desventajas

Requieren de procesos PVD muy largos y equipos muy costosos.

La deposicin del CrN como sustitutivo de los tratamientos de cromado se est realizado en algunas aplicaciones con xito, sin embargo la propiedad de disimular los defectos superficiales por deposicin de grandes espesores manteniendo el aspecto y brillo, sigue siendo de los cromados.

Recubrimiento de Biomateriales

Prtesis, implantes dentales, herramientas quirrgicas son aplicaciones en el campo de biomateriales que aprovechan las propiedades de los recubrimientos PVD.

La principal caracterstica que se valora en este sector es la biocompatibilidad as como la mejora de la dureza superficial y resistencia a la corrosin.

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CVD CVD Consiste en la reaccin de una mezcla de gases Consiste en la reaccin de una mezcla de gases en el interior de una cmara de vaco (reactor) en el interior de una cmara de vaco (reactor) para dar lugar a la formacin de un material en para dar lugar a la formacin de un material en forma de capa delgada. forma de capa delgada.

Etapas del CVDEtapas del CVDLos gases son introducidos en la camara Los gases son introducidos en la camara de reaccinde reaccin Las especies gaseosas se mueven hacia Las especies gaseosas se mueven hacia el sustrato.el sustrato.Los reactantes son absorbidos por el Los reactantes son absorbidos por el sustrato.sustrato.Reacciones qumicas de formacin de Reacciones qumicas de formacin de pelcula.pelcula.Desorcin y remocin de gases. Desorcin y remocin de gases.

Moleculas de Reactivo

Moleculas Adsorbidas

Productos secundarios

PrecursoresPrecursores

Los recubrimientos CVD parten de un Los recubrimientos CVD parten de un compuesto (precursor) gaseoso o compuesto (precursor) gaseoso o fcilmente evaporable del metal a obtener fcilmente evaporable del metal a obtener en la capa. en la capa. Los halogenuros y muy especialmente Los halogenuros y muy especialmente cloruros son los compuestos industriales cloruros son los compuestos industriales ms empleados (TiCIms empleados (TiCI44, AICl, AICl33, BCI, BCI44...)...)

MecanismoMecanismo

El compuesto gaseoso reacciona a El compuesto gaseoso reacciona a temperaturas cercanas a 1.000 C con un temperaturas cercanas a 1.000 C con un reductor tambin en estado gaseoso reductor tambin en estado gaseoso (hidrgeno) para obtener iones metlicos. (hidrgeno) para obtener iones metlicos.

Los iones obtenidos in situ reaccionan a Los iones obtenidos in situ reaccionan a su vez con gases reactivos formando el su vez con gases reactivos formando el compuesto deseado. compuesto deseado.

El compuesto formado condensa sobre la superficie del El compuesto formado condensa sobre la superficie del substrato difundiendo en l debido a la alta temperatura. substrato difundiendo en l debido a la alta temperatura.

Esta difusin crea una zona intermedia en la que no se Esta difusin crea una zona intermedia en la que no se aprecia donde acaba el recubrimiento y donde empieza el aprecia donde acaba el recubrimiento y donde empieza el sustrato: la adherencia entre ambos est asegurada.sustrato: la adherencia entre ambos est asegurada.

Transcurrido el tiempo necesario para conseguir el Transcurrido el tiempo necesario para conseguir el espesor de capa deseada, las piezas se enfran en el espesor de capa deseada, las piezas se enfran en el reactor hasta la temperatura de descarga.reactor hasta la temperatura de descarga.

Los subproductos de la reaccin son evacuados hacia el Los subproductos de la reaccin son evacuados hacia el exterior mediante un sistema de alta velocidad de exterior mediante un sistema de alta velocidad de bombeo (bomba 'roots' apoyada con rotatoria).bombeo (bomba 'roots' apoyada con rotatoria).

Ventajas de la tcnicaVentajas de la tcnicaPPrincipal ventajarincipal ventaja:: posibilidad de hacer crecer capas posibilidad de hacer crecer capas finas o finas o gruesas y bien adheridas tanto de metales gruesas y bien adheridas tanto de metales como de compuestos cermicas.como de compuestos cermicas.

EEstas capas son de gran homogeneidad, pueden stas capas son de gran homogeneidad, pueden producirse incluso interior agujeros y cavidades y producirse incluso interior agujeros y cavidades y adaptan gran perfeccin de formas y aristas adaptan gran perfeccin de formas y aristas superficie. superficie.

PPrincipal desventaja, adems de la complejidad de rincipal desventaja, adems de la complejidad de los procesos, estriba en las altas tlos procesos, estriba en las altas temperaturasemperaturas necesarias.necesarias.

LimitacionesLimitaciones

La mayora de los reactantes en este proceso La mayora de los reactantes en este proceso son txicos, corrosivos o tienden a formar son txicos, corrosivos o tienden a formar mezclas de sustancias con esas caractersticas, mezclas de sustancias con esas caractersticas, por lo que se requiere el uso de sistemas por lo que se requiere el uso de sistemas cerrados.cerrados.

Esta limitado a reacciones que requieren Esta limitado a reacciones que requieren temperaturas superiores a 300 Ctemperaturas superiores a 300 C

Altos costos de equipos y materialesAltos costos de equipos y materiales

AplicacionesAplicacionesLos compuestos ms generalmente obtenidos Los compuestos ms generalmente obtenidos por este mtodo son TiC, TiCN y TiN, aunque por este mtodo son TiC, TiCN y TiN, aunque tambin SiC, AItambin SiC, AI22OO33, BC..., BC...

En el campo de la deformacin, las En el campo de la deformacin, las combinaciones de multicapas de los combinaciones de multicapas de los compuestos de titanio son las ms utilizadas.compuestos de titanio son las ms utilizadas.

Los campos aplicacin se han centrado en Los campos aplicacin se han centrado en preparacin materiales para industria preparacin materiales para industria microelectrnica. microelectrnica.

En el campo de las herramientas sus aplicaciones En el campo de las herramientas sus aplicaciones se cien a tiles que tienen que soportar se cien a tiles que tienen que soportar situaciones de desgaste extremo, as como a situaciones de desgaste extremo, as como a elementos que tienen que trabajar a elementos que tienen que trabajar a T T muy muy elevadas y que requieren un recubrimiento elevadas y que requieren un recubrimiento cermico que los proteja.cermico que los proteja.

Entre materiales CVD mas comunes se encuentran: Si Policristalino, Dixido de Si, Fosfosilicatos, borosilicatos, borofosfosilicatos, vidrios.

Puede decirse que en la mayor parte de aplicaciones ordinarias, PVD ha sustituido CVD, aunque esta situacin est cambiando gracias Plasma-CVD.

TIPOS DE CVDTIPOS DE CVD

TIPOS DE CVDTIPOS DE CVD

PLASMA CVDPLASMA CVD

A diferencia del CVD convencional o trmico, en A diferencia del CVD convencional o trmico, en este mtodo se sustituyen las elevadas este mtodo se sustituyen las elevadas temperaturas por descargas elctricas con el temperaturas por descargas elctricas con el mismo fin de facilitar la reaccin, rompiendo las mismo fin de facilitar la reaccin, rompiendo las molculas de los gases, T < 300C.molculas de los gases, T < 300C.

El plasma puede generarse por diversos El plasma puede generarse por diversos mtodos, sometiendo el sustrato a tensin, por mtodos, sometiendo el sustrato a tensin, por radiofrecuencia, por un filamento caliente en la radiofrecuencia, por un filamento caliente en la proximidades de la superficie o por microondas.proximidades de la superficie o por microondas.

CCapas producidas son por lo general poseen poco espesor (

VENTAJAS PLASMA CVDVENTAJAS PLASMA CVD

Proceso verstil para el tratamiento o recubrimiento sobre un Proceso verstil para el tratamiento o recubrimiento sobre un amplio rango de materiales (ej. metales, cermicas, polmeros)amplio rango de materiales (ej. metales, cermicas, polmeros)..

Capas uniformes y densas, sin porosidad. Capas uniformes y densas, sin porosidad.

Proceso a Proceso a T T relativamente baja, no es necesario el re-temple de relativamente baja, no es necesario el re-temple de ciertos materiales (ej. aceros rpidos) ciertos materiales (ej. aceros rpidos)

RRecubrimiento reproduce caractersticas superficiales material ecubrimiento reproduce caractersticas superficiales material (alto pulido, texturizado, etc.) (alto pulido, texturizado, etc.)

Proceso controlable y reproducible. Proceso controlable y reproducible.

Permite producir nuevas capas con excelentes propiedades (ej. Permite producir nuevas capas con excelentes propiedades (ej. diamante, tipo diamante, nitruros y carburos complejos, C-N, diamante, tipo diamante, nitruros y carburos complejos, C-N, etc.).etc.).

Aplicaciones del Plasma CVDAplicaciones del Plasma CVD

Electrnicas:Electrnicas: Capas de pasivacin (Si3N4)Capas de pasivacin (Si3N4), , Sensores, clulas solares (a-Si:H)Sensores, clulas solares (a-Si:H), , Capas Capas dielctricas, mscaras litogrficas. dielctricas, mscaras litogrficas.

Mecnicas:Mecnicas: Capas antidesgaste (TiN, TiC, etc.)Capas antidesgaste (TiN, TiC, etc.), , Capas lubricantes (a-C:H)Capas lubricantes (a-C:H), , Capas ultraduras Capas ultraduras (diamante, B-C:H). (diamante, B-C:H).

Proteccin frente a la corrosin (SiC). Proteccin frente a la corrosin (SiC).

Opticas:Opticas: Fibras pticas (SiO2, SiOF, i-C)Fibras pticas (SiO2, SiOF, i-C), , Filtros Filtros pticos (TiO2, Al2O3)pticos (TiO2, Al2O3), , Proteccin de lentes (ZrO2, a-Proteccin de lentes (ZrO2, a-C:H).C:H).

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