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

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

Buenos Aires

Jornada; Jornada Interdisciplinaria de Aplicaciones de Fenómenos de Superficie; 2019

Las películas delgadas (de espesor menor a 1 um) se encuentran actualmente en una gran cantidad de aplicaciones tecnológicas, tal como en el área de sensores y de microelectrónica.La deposición de películas delgadas por ablación láser (PLD, pulsed laser deposition) es una técnica que ofrece una gran versatilidad experimental. El proceso ocurre dentro de una cámara de ablación (con atmósfera controlada) y consiste en focalizar un haz de láser pulsado sobre un blanco, produciendo un plasma denso compuesto por átomos, moléculas, iones y electrones de alta energía que se dirigen hacia el sustrato y se depositan formando una película delgada.Los elementos del blanco se evaporan congruentemente, lo que permite la fabricación de películas homogéneas de áreas pequeñas y con la misma estequiometría que el blanco [1]. Las propiedades físicas (ópticas, eléctricas, microestructura, morfología, adhesión, etc.) de las películas fabricadas por PLD resultan, en muchos casos, superiores a las obtenidas por otras técnicas de deposición como evaporación estándar o evaporación con haz de electrones [2]. Sin embargo, la pequeña distribución angular de la pluma [3], y la generación de particulados micrométricos sobre el sustrato y la superficie de las películas [4], limitan la utilización de esta técnica.Desplazando la incidencia del haz sobre el blanco y moviendo el sustrato, se pueden lograr películas uniformes de grandes superficies a pesar de la pluma angosta.Estudios previos de este grupo han demostrado que el particulado de las películas delgadas presenta dos distribuciones, una de mayor y otra de menor tamaño, siendo la primera la más perjudicial para la calidad de las películas. Estas provienen de la deformación de la superficie del blanco debido al proceso de ablación: cuando el láser incide repetidamente y desde la misma dirección en un mismo sitio, se forman conos sobre la superficie del blanco y, eventualmente, la punta de los conos es eyectada hacia el sustrato, dando lugar a particulado de gran tamaño (micrométrico).Para evitar la formación de conos y que la superficie del blanco se mantenga lisa, se ha propuesto un mecanismo de barrido del haz láser combinado con la rotación del blanco, mediante el cual el láser incidirá sobre un mismo lugar tantas veces desde una dirección como de la opuesta. Para lograr dicho objetivo, es imprescindible un control muy preciso y sincronizado del barrido del haz y de la rotación del blanco. Para lograrlo, dos plataformas diseñadas ad-hoc mueven linealmente un espejo y una lente, mientras que el blanco dentro de la cámara de ablación se rota mediante un pasante.Aquí, se presenta el desarrollo de un sistema embebido Arduino [5] que controla ambos movimientos con motores paso a paso. Se buscó obtener la mayor precisión de movimiento con la menor posibilidad de error (i.e. pérdida de pasos del motor al exigir torques y/o velocidades mayores a los que el motor puede proveer). Reportamos los patrones de ablación de superficies de blancos alcanzados por distintas funciones de control y contrastamos los movimientos teóricos de los motores con los realmente alcanzados.