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Tecnología de película delgada

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 disco óptico, materiales termoeléctricos, diodos emisores de luz (LED), celdas de combustible, memorias de cambio de fase, pantallas planas y el Industria de 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 del material a granel, es necesario obtener sus propiedades dependientes del espesor y la temperatura con los dispositivos de caracterización correspondientes. Debido a las altas relaciones de aspecto y técnicas de deposición, se produce un límite adicional y dispersión de la superficie, lo que resulta en propiedades de transporte reducidas.

Como los requisitos para la medición pueden diferir del material a granel, es necesario utilizar metrología diferente.

La conductividad térmica y la conductividad eléctrica de los materiales de película delgada generalmente es más pequeña que la de sus contrapartes a granel, a veces dramáticamente. Por ejemplo, a temperatura ambiente, lambda de una película de 20 nm de Si o nanocables puede ser un factor de cinco [1] más pequeño que su homólogo cristalino único a granel. Para 100 nm de Au se pudo demostrar que las propiedades de transporte se reducen casi a la mitad [2]. En general, se puede decir que las propiedades de transporte no solo son la temperatura, sino también una fuerte dependencia del espesor [3].

Tales reducciones de conductividad térmica generalmente ocurren por dos razones básicas. Primero, en comparación con los cristales simples a granel, muchas tecnologías de síntesis de película delgada producen más impurezas, desorden y límites de grano, todos los cuales tienden a reducir la conductividad térmica. Segundo, se espera que incluso una película delgada 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 generalmente afectan de manera diferente el transporte en el plano y en el plano cruzado, de modo que la conductividad térmica de las películas delgadas suele ser anisotrópica, incluso para materiales cuyas formas a granel tienen una lambda isotrópica.

[1] Li, Deyu, et al. “Conductividad térmica de nanocables de silicio individuales”.Letras de Física Aplicada83,14 (2003): 2934-2936.

[2] Linseis, V., Völklein, F., Reith, H., Nielsch, K. y Woias, P. 2018. Propiedades termoeléctricas de los nanofilms de Au y Ti, caracterizadas por una novedosa plataforma de medición.Materiales hoy: Actas, Actas de la Conferencia ECT2017.

[3] Linseis, V., Völklein, F., Reith, H., Hühne, R., Schnatmann, L., Nielsch, K., y Woias, P. 2018. Propiedades termoeléctricas dependientes del espesor y la temperatura de Bi87Sb13Nanofilms medidos con una nueva plataforma de medición.Ciencia y tecnología de semiconductores.

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