Películas de DiamantePelículas de DiamanteCarlos ArayaEnzo CrucesIgnacio JaqueLuis OliverosNelson Rodríguez

Integrantes:

• Material más duro que se conozca (mayor módulo de Young)• Mayor módulo de elasticidad volumétrica (1,2·1012 N/m2)• Menor compresibilidad (8,3·10-13 m2/ N).

Algunas Propiedades del Diamante.Algunas Propiedades del Diamante.

Algunas Propiedades del Diamante.Algunas Propiedades del Diamante.

• Amplia transparencia óptica que va desde el UV hasta la zona IR del espectro electromagnético.

Algunas Propiedades del Diamante.Algunas Propiedades del Diamante.

• Resistente a la corrosión química

Algunas Propiedades del Diamante.Algunas Propiedades del Diamante.

• Biológicamente compatible.

Algunas Propiedades del Diamante.Algunas Propiedades del Diamante.

• Por su bajo coeficiente de expansión térmica a temperatura ambiente (0,8·10-6 K) es comparable al invariante

Algunas Propiedades del Diamante.Algunas Propiedades del Diamante.

• Mayor valor conocido de conductividad térmica a temperatura ambiente (2·103 W/m/ K).

• Excelente aislador eléctrico (resistividad a temperatura ambiente es de ~1016 cm).

• Se puede dopar para cambiar su resistividad sobre el rango de 10-106 cm, por lo que se puede convertir en un superconductor con un gap de 5,4 eV

• Muestra una afinidad electrónica muy baja o negativa.

Algunas Propiedades del Diamante.Algunas Propiedades del Diamante.

Desarrollo de la película de diamante.

Historia.

• Introducción

• Avances Científicos

• Costo realización tecnológica del depósito

de diamante

Introducción

- Explosivo crecimiento en la última década.

- Diversas aplicaciones; herramientas, óptica, dispositivos electrónicos, entre otros.

- Comienzo en los ochenta, de partículas microscópicas a películas de gran diámetro.

- Disminución de costos.

Avances científicos.

- Propiedades extremas de los materiales de diamante, incentivo para el estudio y desarrollo.

- De los 50 a los 90.

Costo realización tecnológica del depósito

de diamante.

- $5000/kilate a $5/kilate.

- Incremento en la razón de crecimiento.

- Uso eficiente de la energía.

•Expectativas de Utilidad• Meta• Proyección de Mercado

•Deposiciones

•Propiedades

•Aplicaciones en Electroquímica

Desarrollo RecienteDesarrollo Reciente

Reacción Química en la fase Gaseosa

Deposición sobre Superficie

•Activación térmica.•Activación con plasma (DC, RF o microondas).•Uso de una llama (de oxiacetileno o antorcha de plasma).

Técnicas CVD.Técnicas CVD.

Pequeños cristales de diamante que nuclean sobre una superficie de Ni.

Apariencia típica de una película de diamante CVD microcristalino que ha crecido sobre Si. La película es policristalina y tiene muchos defectos aparentes.

• Las moléculas de hidrocarburo no reaccionan para producir un crecimiento del carbón.

• Terminan con las oscilaciones de las uniones de carbón sobre la superficie y previenen un entrecruzamiento que lleven a la reconstrucción del grafito.

• El hidrógeno atómico graba tanto al diamante como al grafito.

Roles de Hidrógeno en el Proceso Roles de Hidrógeno en el Proceso CVD.CVD.

• Crecimiento Heteropitaxial–Reducir tiempo inducción.

–Aumentar la densidad de los sitios de nucleación.

–Mejorar las tasas de crecimiento.

Preocupaciones Actuales.Preocupaciones Actuales.

• Permite que los iones:– Dañen la superficie.

– Se implanten en la red.

– Formen una entrecapa carbónica.

Mejoramiento de la nucleación: Mejoramiento de la nucleación: BombardeoBombardeo

Excelente uso resistente

Dureza

Alta conductividad térmica

Disipa calor(fricción) antes del daño de P.D.

Espacio entre las bandas 5 veces que Silicio

Electrones de valencia no pueden ser excitados

La IndustriaLa Industria

La IndustriaLa Industria

• El diamante puede ser fabricado como semiconductor por dopaje

• Hasta los 500ºC• El silicio hasta los 150ºC• Mayores velocidades que el Silicio

• Obstáculo de la microelectrónica • Hacer P.D. de espesor de alta calidad

La IndustriaLa Industria

• Homoepitaxial:• Crear grandes cristales simples• Utilizar cristales simples pequeños naturales (semillas)• Aumento de tamaño, vía recubrimiento sintético

• Heteropitaxial: • Crear grandes cristales simples• La diferencia es la utilización de un sustrato que no sea

diamante, ejemplos: níquel, cobre, carburos de silicio y otros

• En general las películas de este proceso tienen demasiados defectos para ser usados en la

electrónica

La IndustriaLa Industria

• Rregreso al tubo del vacío• Emisión de e dentro de un espacio libre sin ser calentado• Geis 1991 crea el 1er diodo de cátodo frío

• Procesamientos de información mas veloces• Tubos de rayos catódicos de los televisores

• Ahora se esta investigando para el uso de pantallas fosfóricas

• Manejo térmico.• Sumidero térmico para diodos láser y para pequeños circuitos integrados de microondas. • Operación a alta velocidad• Temperaturas de las uniones (soldaduras) serán menores

cuando se monte sobre diamante.

• Herramientas de corte.• Abrasivo• Protección en insertos de herramientas de corte• Brocas de taladro y otras herramientas protegidas por diamante

AplicacionesAplicaciones

• Capas resistentes al desgaste: • La capacidad de proteger piezas mecánicas con una

cobertura ultra resistente en componentes puede permitir un gran incremento en su vida, aun con poca lubricación.

• Optica.• Protector de antiparras• Capa protectora de dispositivos infrarrojos • Se espera que ventanas IR del futuro sean hechas de una

lámina de diamante

AplicacionesAplicaciones

• Dispositivos electrónicos.• Dopaje• Grabado

•Con plasmas de O2•Erosión con láser o nucleación selectiva.

• Usos:• Dispositivos de efecto piezoeléctrico• Detectores de radiaciones• Emisor de electrones desde placas planas

•Pantallas planas•Base de un interruptor ultra rápido

AplicacionesAplicaciones

Aislante

Diamante Emisor

Fósforo

Fila de Electrodos

• Materiales compuestos.• Diamante CVD sobre la superficie de alambres de metal

o fibras no metálicas• Resistencia similar a la del diamante• Increíblemente duras para su peso• Usos:

• agente reforzante en compuestos de matriz metálica, • tubos o fibras huecas de diamante

AplicacionesAplicaciones

Cobertura de diamante CVD de 40m de espesor sobre alambre de tungsteno de 125m de diámetro.

Sección de una película de diamante de 6,7 m sobre Si.Se puede apreciar la naturaleza columnar del crecimiento desde la superficie.

Película nanocristalina que exhibe morfología de coliflor, típica del crecimiento del diamante bajo altas concentraciones de metano. Esta película es mucho más suave que la microcristalina, pero sus propiedades eléctricas y mecánicas no son tan extremas.