Difusión Superficial sobre micro/nano-estructuras de alta razón de aspecto

MARCOS A. MADRID; MARCOS F. CASTEZ

La Plata

Congreso; TREFEMAC 2013; 2013

Existen diferentes procesos que pueden contribuir a modificar la morfología de una estructura, como ser la evaporación-condensación, la difusión superficial, la difusión en volumen, etc. sin embargo, es sabido que bajo la acción de tratamientos térmicos de alta temperatura a muestras micro/nano-estructuradas, el principal fenómeno de transporte de materia es el proceso de difusión superficial. Comprender la evolución dinámica de tales interfaces bajo la acción de dichos tratamientos resulta de interés con vista a las posibles aplicaciones, en particular en el caso de materiales semiconductores empleados en la fabricación de dispositivos útiles en electrónica y en fotónica. La teoría mesoscópica de difusión superficial fue inicialmente desarrollada por Mullins en los años 50. Esta teoría ha sido empleada con éxito en su régimen lineal o de bajas pendientes, pero sólo recientemente se ha investigado para los casos en que las estructuras presentan alta razón de aspecto. En el presente trabajo, mediante la simulación computacional de un modelo continuo de difusión superficial y cálculos analíticos, se estudiaron estructuras que presentan alta razón de aspecto. Se exploraron diferentes configuraciones iniciales así como su evolución en el tiempo encontrando que, para un amplio rango de estructuras, luego de un periodo transitorio que depende de su geometría y razón de aspecto, adoptan una forma funcional cuya curvatura tiene una dependencia sinusoidal con el parámetro longitud de arco. La representación funcional de estas curvas nos permitió por un lado, desarrollar analíticamente su dependencia temporal de manera cerrada y compararlas con las simulaciones, observándose gran concordancia entre ambos resultados, y por otro, analizar las trayectorias en el espacio de los parámetros, permitiendo observar la existencia de patrones rectangulares de alta razón de aspecto que a pesar presentar inicialmente diferentes dimensiones geométricas, sus trayectorias se unen en dicho espacio luego de un primer estadio temporal. Se identificó a todos los patrones que comparten una misma trayectoria mediante la designación de Clases morfológicas. De esta manera encontramos una forma que describe cada estadio de la evolución de las estructuras de manera muy precisa así como la existencia de clases morfológicas, lo cual puede ser de utilidad en el proceso de diseño, fabricación y optimización de este tipo de estructuras metálicas o semiconductoras con potenciales aplicaciones en dispositivos con propiedades ópticas o electrónicas específicas.