Diseño y desarrollo de sistema de control fino de haz láser para la síntesis de películas delgadas por ablación láser

CONDE GARRIDO, JUAN MANUEL; KUO, CRISTINA; SILVEYRA, JOSEFINA M

Jornada; 1° Jornada Interdisciplinaria de Aplicaciones de Fenómenos de Superficie (JIAFES); 2019

Laspelículas delgadas (de espesor menor a 1 um) se encuentran actualmente en unagran cantidad de aplicaciones tecnológicas, tal como en el área de sensores yde microelectrónica.Ladeposición de películas delgadas por ablación láser (PLD, pulsed laser deposition) es una técnica que ofrece una granversatilidad experimental. El proceso ocurre dentro de una cámara de ablación(con atmósfera controlada) y consiste en focalizar un haz de láser pulsadosobre un blanco, produciendo un plasma denso compuesto por átomos, moléculas,iones y electrones de alta energía que se dirigen hacia el sustrato y se depositanformando una película delgada.Loselementos del blanco se evaporan congruentemente, lo que permite la fabricaciónde películas homogéneas de áreas pequeñas y con la misma estequiometría que elblanco [1]. Las propiedades físicas (ópticas, eléctricas, microestructura,morfología, adhesión, etc.) de las películas fabricadas por PLD resultan, enmuchos casos, superiores a las obtenidas por otras técnicas de deposición comoevaporación estándar o evaporación con haz de electrones [2]. Sin embargo, lapequeña distribución angular de la pluma [3], y la generación de particuladosmicrométricos sobre el sustrato y la superficie de las películas [4], limitanla utilización de esta técnica.Desplazandola incidencia del haz sobre el blanco y moviendo el sustrato, se pueden lograr películasuniformes de grandes superficies a pesar de la pluma angosta.Estudiosprevios de este grupo han demostrado que el particulado de las películasdelgadas presenta dos distribuciones, una de mayor y otra de menor tamaño,siendo la primera la más perjudicial para la calidad de las películas. Estas provienende la deformación de la superficie del blanco debido al proceso de ablación: cuandoel láser incide repetidamente y desde la misma dirección en un mismo sitio, seforman conos sobre la superficie del blanco y, eventualmente, la punta de losconos es eyectada hacia el sustrato, dando lugar a particulado de gran tamaño(micrométrico).Paraevitar la formación de conos y que la superficie del blanco se mantenga lisa, seha propuesto un mecanismo de barrido del haz láser combinado con la rotacióndel blanco, mediante el cual el láser incidirá sobre un mismo lugar tantasveces desde una dirección como de la opuesta. Para lograr dicho objetivo, esimprescindible un control muy preciso y sincronizado del barrido del haz y dela rotación del blanco. Para lograrlo, dos plataformas diseñadas ad-hoc muevenlinealmente un espejo y una lente, mientras que el blanco dentro de la cámarade ablación se rota mediante un pasante.Aquí,se presenta el desarrollo de un sistema embebido Arduino [5] que controla ambosmovimientos con motores paso a paso. Se buscó obtener la mayor precisión demovimiento con la menor posibilidad de error (i.e. pérdida de pasos del motor al exigir torques y/o velocidadesmayores a los que el motor puede proveer). Reportamos los patrones de ablaciónde superficies de blancos alcanzados por distintas funciones de control ycontrastamos los movimientos teóricos de los motores con los realmentealcanzados.