Nucleación y crecimiento de películas finas

La comprensión y el control de los distintos aspectos que intervienen en la nucleación y el crecimiento de las películas finas desempeñan un papel importante en muchas aplicaciones modernas. La importancia relativa de la energía superficial del núcleo frente a la energía superficial del sustrato desempeña un papel clave en la determinación del modo de crecimiento de la película. Las técnicas de ingeniería de superficies, como el pulido/raspado mecánico, la química húmeda, el recocido térmico, los tratamientos con plasma, etc., pueden ser eficaces para inducir defectos superficiales. Estos tratamientos superficiales reducirán la energía superficial y, por tanto, aumentarán la densidad de nucleación. En general, las propiedades de la película están muy influidas por el proceso de nucleación.

Debido al proceso de nucleación, se pueden observar fácilmente cambios en la estructura cristalina y la morfología de las películas depositadas. Por ejemplo, las películas con granos de gran tamaño y elevada rugosidad suelen obtenerse con densidades de nucleación bajas, mientras que los granos de pequeño tamaño y las películas lisas corresponden a densidades de nucleación altas. Cabe señalar que la estructura cristalina y la morfología pueden tener un impacto significativo en las propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas de un material. Por ejemplo, la dureza, ductilidad y resistencia de un material dependen en gran medida de su estructura cristalina y morfología. Del mismo modo, las propiedades ópticas (por ejemplo, la transparencia o el color) de un material pueden verse influidas por su estructura cristalina y su morfología.

Además de la estructura y la morfología cristalinas, el proceso de nucleación también afecta a otras propiedades físicas del material, como su conductividad térmica y eléctrica y sus propiedades magnéticas. Por ejemplo, la formación de una estructura cristalina homogénea durante la nucleación puede aumentar la conductividad térmica y eléctrica, mientras que la formación de una estructura cristalina no homogénea puede provocar un aumento de la resistencia eléctrica y una disminución de la conductividad térmica y eléctrica. Por lo tanto, controlar el proceso de nucleación es esencial para determinar las propiedades finales de la película.

Uno de los últimos avances y de los ámbitos más atractivos relacionados con el control de la nucleación de películas delgadas, a saber, la ASD, es un área de investigación emergente que implica no sólo técnicas avanzadas de deposición y caracterización, sino también una comprensión en profundidad de lo que ocurre en la superficie del sustrato, es decir, las interacciones entre las moléculas precursoras gaseosas y los grupos funcionales superficiales. La nucleación área-selectiva de películas finas puede lograrse mediante diversas técnicas, que van desde el uso de moléculas inhibidoras hasta la combinación con el grabado área-selectivo (ASE), abriendo herramientas únicas para el diseño y la fabricación de nanoestructuras y dispositivos complejos.