Las películas delgadas (nuevo materal)

Las películas delgadas se utilizaron inicialmente con fines decorativos. En el siglo XVII, los artistas aprendieron a pintar un patrón en un objeto cerámico con una disolución de una sal de plata y calentar después el objeto para causar la descomposición la sal y dejar una película delgada de piata metálica. Hoy día, las películas delgadas se utilizan con fines de decoración o de protección: para formar conductores, resistores y otros tipos de películas en circuitos, microelectrónicas; para formar positivos fotovoltaicos que convierten energía solar en electricidad; y para muchas otras aplicaciones.

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Las películas delgadas pueden hacerse con cualquier tipo de material, incluidos metales, óxidos metálicos y sustancias orgánicas.

El término película delgada no tiene una definición precisa; en general se refiere a peliculas cuyo espesor va de 0.1 um hasta unos 300 um, y normalmente no se aplica cubrimientos como pinturas o barnices, que suelen ser mucho más gruesos. Para que una película delgada sea útil, debe poseer todas o casi todas las propiedades siguientes: (a) debe ser químicamente estable en el entorno en el que se usará; debe adherirse bien a la superficie que cubre (el sustrato); (c) debe tener un espesor uniforme; (d) debe ser químicamente puro o tener una composición química controlada; y (e) debe tener una baja densidad de imperfecciones. Además de estas características generales, podrían requerirse propiedades especiales para ciertas aplicaciones. Por ejemplo, la película podría tener que ser aislante o semiconductora, o poseer propiedades ópticas o magnéticas especiales-

Una película delgada so debe adherir al sustrato subyacente para poder ser util. Dado que la película es inherentemente frágil, depende del sustrato para su apoyo estructural. Tal apoyo sólo se logra si la película está unida al sustrato por fuerzas tensas. Las fuerzas de unión pueden ser químicas; es decir, una reacción química en la superficie puede conectar la película con el material subyacente. Por ejemplo, cuando un óxido metálico se deposita en vidrio, las redes de óxido del óxido metálico del vidrio se combinan en la interfaz para formar una zona delgada de composición intermedia. En estos casos las energías de enlace entre la película y el sustrato tienen una magnitud del mismo orden que la de los enlaces químicos, es decir, de 250 a 400 KJ/mol. En algunos casos, empero, la unión entre la película y el sustrato se basa únicamente en fuerzas intermoleculares de Van der Waals y electrostáticas, como podría darse cuando una película de un polímero orgánico se deposita en una superficie metálica. Las energías que unen la película al sustrato en tales casos pudrían ser sólo del orden de 50 a 100 kJ/mol, así que las películas no son tan robustas.

Usos de las películas delgadas

Las películas delgadas se usan en microelectrónica como conductores, resistores condensadores. También se usan ampliamente como recubrimientos ópticos en lentes para reducir la cantidad de luz reflejada en la superficie del lente y para proteger la lente. Las películas delgadas metálicas se han utilizado desde hace mucho como recubrimientos protectores de metales; por lo regular, se depositan a partir de soluciones empleando corrientes eléctricas, como en el chapeado con plata y el "cromado".

Las superficies de herramientas metalicas se cubren con películas delgadas cerámicas para aumentar su dureza. Aunque consumidor no se da cuenta de ello, casi todas las botellas de vidrio que compra estan recubiertas con una o más películas delgadas. Las películas se aplican al vidrio con objeto de reducir las rayaduras y la abrasión y aumentar la lubricidad, es decir, la facilidad con que las botellas pueden deslizarse unas contra otras. La película delgada más común es de óxido de estaño (IV), Sn O2.

Formación de películas delgadas

Las películas delgadas se forman por diversas técnicas, que incluyen depositación al vacío, depositación electrónica y depositación de vapor químico.

La depositación al vacío se usa para formar películas delgadas de sustancias que se pueden vaporizar o evaporar sin destruir su identidad química. Tales sustancias incluyen metales, aleaciones metálicas y compuestos orgánicos simples con óxidos, sulfures, fluoruros y cloruros.

La depositación electrónica implica el empleo de un alto voltaje para eliminar material de una fuente, u objetivo. Los átomos desprendidos del objetivo viaja través del gas ionizado dentro de la cámara y se depositan en el sustrato. La superficie del objetivo es el electrodo negativo, o cátodo, del circuito; el sustrato puede estar conectado al electrodo positivo, o anodo.

La cámara contiene un gas inerte como argón que se ioniza en el campo de alto voltaje. Los iones, cargados positivamente, se aceleran hacia la superficie del objetivo y chocan contra ella con suficiente energía como para desprender átomos del material objetivo. Muchos de estos átomos se aceleran hacia la superficie del sustrato y, al chocar con ella, forman una película delgada.

La depositación electrónica se utiliza ampliamente para formar películas delgadas de elementos como silicio, titanio, niobio, tungsteno, aluminio, oro y plata. Tambien se emplea para formar películas delgadas de materiales refractarios como carburos, boruros y nitruros en las superficies de herramientas metálicas, para feriar películas lubricantes suaves como las de disulfuro de molibdeno, y para aplicar cubrimientos ahorradores de energía a vidrio arquitectónico.

En la depositación de vapor químico, la superficie se recubre con un compuesto químico volátil y estable a una temperatura por debajo del punto de fusión de la superficie. Entonces, el compuesto sufre algún tipo de reacción química para formar un recubrimiento adherente estable.

Daniel Pueyo Marín