MATERIALS & METHODS
3.1 ANALYSIS OF PATIENTS BETWEEN 2013-
En términos generales, excepto la muestra 29, las películas depositadas a presiones extremas, 0.2 y 0.8 Pa, desarrollaron una estructura columnar más densa y fina, zona T. Estos resultados son congruentes si consideramos las condiciones de procesamiento presentes, presiones de trabajo menores a 1 Pa y temperaturas del substrato del orden de 0.35 a 0.4 Th, y basados en el modelo de zonas de estructuras descrito en la sección 3.1. En contraparte, las muestras M29, M27 y M25, y en cierta medida las muestras M24 y M26, depositadas en su mayoría a una presión de 0.5 Pa, desarrollaron una estructura de columnas con extremo tipo domo más abierta y rugosa, característica de la zona 1. La evolución de estas estructuras así como la transición en las zonas de estructura con el incremento de la presión serán discutidas en el siguiente párrafo.
Las transiciones de una zona a otra parecen depender en mayor medida de la presión de trabajo y de la composición de la mezcla del gas de trabajo. Para explicar este comportamiento, consideremos el bombardeo (energía y flujo) de los iones de Ar “reflejados” (“backscattered”) del blanco y su variación con los parámetros de procesamiento. En principio, tanto los iones como los átomos de Al, N2 y Ar bombardean la película en crecimiento. Un estimado conservador de la energía en el caso de los iones de Ar reflejados y los átomos de Al pulverizados realizada con el TRIM [66] resulta en valores del orden de decenas de eV para ambos tipos de partículas8.
8 Se realizaron simulaciones para dos situaciones:
1) Pulverización de blancos de Al puro con iones de Ar con energías de 500 y 1000 eV incidiendo en forma perpendicular a la superficie del blanco. La cedencia de pulverización fue de 0.68 y 1.08 átomos de Al/ión de Ar, respectivamente; correspondiendo energías de 9.23 y 12.1 eV/átomo de Al.
2) 2) Pulverización de blancos de Al puro con iones de N con energías de 500 y 1000 eV incidiendo en forma perpendicular a la superficie del blanco. La cedencia de pulverización fue de 0.1.17 y 1.45 átomos de Al/ión de Ar, respectivamente; correspondiendo energías de 23.46 y 29.8 eV/átomo de Al.
3) En el caso de la estimación de los iones de Ar, se definió un modelo de Al saturado de Ar. Para tal efecto se declaró una capa de Ar sobre Al, y se declararon las mismas condiciones de bombardeo iónico descritas previamente. Los valores de cedencia por pulverización fueron de ∼ 0.44 y 0.02 átomos de Ar y Al/ión de Ar,
Figura 3.8. Películas de AlN sobre vidrio: comparación de secciones transversales y grosores de capa. M15 10 µm 5 µm 10 µm 10 µm M12 M14 M29 M26 10 µm 10 µm M27 M24 M25 10 µm 10 µm M11 M16 M13 M17 10 µm 5 µm t = 4.9µm t = 3.92 µm t = 4.8 µm t = 3.6 µm t = 6.7 µm t = 7.2 µm t = 3.25 µm t = 3.2 µm t = 6.0 µm t = 4.28 µm t = 3.2 µm t = 6.5 µm 5 µm 10 µm
Sin embargo, puesto que los iones de Ar son más pesados que los iones u átomos de Al, se esperaría que su efecto durante el bombardeo de la película en crecimiento sea más importante. Por otro lado, un estimado del camino libre medio para los iones de Ar en las condiciones experimentales presentes9 indica que sus valores, entre 1.28 a 5 cm, se encuentran dentro del rango de distancias de separación del blanco al substrato, 2.5 y 3.0 cm. De esta manera, los iones de Ar arriban a la superficie del substrato con valores de energía semejantes a los que poseen al dejar la superficie del blanco; y por ende, se esperarían efectos superficiales sobre la estructura de las películas, tales como remoción de átomos adsorbidos (adátomos) o activación química, desplazamiento lateral de átomos, llenado de huecos por adátomos, es decir, mejoran la movilidad superficial y la “pulverización hacia delante”, pero no son suficientes para la implantación iónica u otros efectos subsuperficiales [67]. Esto es, la energía del bombardeo de iones de Ar que resultaron de las condiciones de procesamiento presentes, sólo fue suficiente para “compactar” parcialmente las estructuras columnares, probablemente por el llenado de huecos entre las columnas por “pulverización hacia delante” y/o por la movilidad superficial mejorada de átomos (o moléculas) y por lo tanto la mayoría de las muestras desarrollaron la estructura de la zona T.
Las estructuras de zonas T presentes en las películas depositada a 0.2 Pa mostraron un cambio a zona 1 cuando la deposición se realizó a 0.5 Pa. Esta transición parece ser provocada por los cambios de energía del bombardeo de los iones que resulta del hecho de que los caminos libres medio para los iones de Ar son del orden de magnitud de las distancias blanco a substrato para las presiones de 0.5 Pa. Por otra parte, las cantidades relativas de los iones de Ar, y por ende la composición de la mezcla de gases, pueden tener una efecto sobre esta transición: las muestras M27 y M25, ambas depositadas a 0.5 Pa y con una mezcla de gases 50 – 50 % vol. Ar – N2, desarrollaron una estructura columnar abierta claramente definida. Mientras que las muestras M26 y M24 desarrollaron una estructura de zonas semejante, aunque a baja magnificación parecen ser distintas a las muestras M27 y M25.
Finalmente, a pesar de que el efecto de la presión es comprobada al observarse una transición de zona T a zona 1 con el incremento en la presión de 0.2 a 0.5 Pa, un comportamiento inverso de transición de zona 1 a zona T se observa cuando la presión de trabajo se eleva de 0.5 a 0.8 Pa. Una explicación probable para este comportamiento puede estar relacionada a procesos de inestabilidad que tienen lugar durante la deposición de compuestos por pulverización reactiva de blancos metálicos [67]. La inestabilidad tiene lugar por el envenenamiento del blanco en ciertas condiciones lo que provoca el incremento significativo en la presión parcial del gas reactivo. Si esto ocurrió a 0.8 Pa, el nivel de presión tuvo que ser restaurado limitando el ingreso de gases a la cámara que resultó en una caída en la cantidad y en la presión parcial del Ar, probablemente suficiente para incrementar la energía de los iones de Ar reflejados y revertir la formación de la densa zona T. Este resultado enfatiza la importancia del control de proceso durante la deposición por pulverización reactiva asistida con magnetrón, como se comentará en el capítulo 7.
Figura 3.9. Detalle de las dos morfologías columnares observadas: (a) muestra M15, que muestra una estructura columnar densa y fina, tipo zona T; y (b) muestra M27, que muestra una estructura columnar abierta y rugosa, tipo zona 1.