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El análisis térmico en el campo de la tecnología de película fina

Las propiedades físicas de las películas delgadas son cada vez más importantes en industrias y aplicaciones tales como materiales de cambio de fase, medios de discos ópticos, materiales termoeléctricos, diodos emisores de luz (LED), células de combustible, memorias de cambio de fase, pantallas planas y la industria de los semiconductores en general.

Todas estas industrias utilizan configuraciones de una o varias capas para dar a un dispositivo una función particular. Dado que las propiedades físicas de las películas delgadas difieren significativamente de las del material a granel, es necesario obtener sus propiedades dependientes del grosor y la temperatura con dispositivos de caracterización adecuados. Debido a las altas relaciones de aspecto y a las técnicas de deposición, se produce una dispersión adicional de los límites y de la superficie, lo que da lugar a una reducción de las propiedades de transporte.

Como los requisitos para la medición pueden ser diferentes de los del material a granel, es necesario utilizar una metrología diferente.

La conductividad térmica y la conductividad eléctrica de los materiales de película delgada suele ser menor que la de sus homólogos de masa, a veces de forma dramática. Por ejemplo, a temperatura ambiente, la lambda de una película de Si de 20 nm o de un nanocable puede ser un factor de cinco más pequeño [1] que su homólogo monocristalino. Para 100 nm de Au podría demostrarse, que las propiedades de transporte se reducen casi a la mitad [2]. Generalmente se puede decir, que las propiedades de transporte no sólo dependen de la temperatura sino también del espesor [3].

Esas reducciones de la conductividad térmica se producen generalmente por dos razones básicas. En primer lugar, en comparación con los cristales simples a granel, muchas tecnologías de síntesis de película delgada dan lugar a más impurezas, desorden y límites de grano, todo lo cual tiende a reducir la conductividad térmica. En segundo lugar, se espera que incluso una película fina atómicamente perfecta tenga una conductividad térmica reducida debido a la dispersión de los límites, la fuga de fonones y las interacciones relacionadas. Ambos mecanismos básicos suelen afectar de forma diferente al transporte en el plano y al transporte transversal, de modo que la conductividad térmica de las películas finas suele ser anisótropa, incluso en el caso de los materiales cuyas formas voluminosas tienen una lambda isotrópica.

[1] Li, Deyu, et al. “Thermal conductivity of individual silicon nanowires.” Applied Physics Letters 83.14 (2003): 2934-2936.

[2] Linseis, V., Völklein, F., Reith, H., Nielsch, K., and Woias, P. 2018. Thermoelectric properties of Au and Ti nanofilms, characterized with a novel measurement platform. Materials Today: Proceedings, ECT2017 Conference Proceedings.

[3]  Linseis, V., Völklein, F., Reith, H., Hühne, R., Schnatmann, L., Nielsch, K., and Woias, P. 2018. Thickness and temperature dependent thermoelectric properties of Bi87Sb13 nanofilms measured with a novel measurement platform. Semiconductor Science and Technology.

Applications with thermoelectric thin films

 

TFA – película fina termoeléctrica Au

App. Nr. 02-013-002 TFA - película delgada termoeléctrica - propiedades termoeléctricas - metales y aleaciones 2

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TFA – película fina termoeléctrica Bi87Sb13

App. Nr. 02-013-001 TFA - película delgada termoeléctrica - propiedades termoeléctricas - semiconductor

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TFA – película delgada termoeléctrica PEDOT:PSS

App. Nr. 02-013-003 TFA - película delgada termoeléctrica - propiedades termoeléctricas - semiconductor

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