generación de iones de Ar+ altamente energéticos por el magnetrón no balanceado. Estos iones colisionan con el blanco y pulverizan átomos de Al que puede abandonar el blanco con algo de la energía cinética después de la colisión. Iones de Al adicionales se pueden formar cuando los
las partículas de N para formar AlN en este proceso se asume que ocurre en la superficie del substrato. En concordancia con Smith [67] y tomando como referencia el rango de presiones usados en estos experimentos, se esperaría que hubiera tanto la difusión de partículas como colisiones en la atmósfera del plasma. Sin embargo, la nucleación y síntesis de AlN sobre la superficie es un proceso termodinámicamente más factible. La deposición de Al sobre la superficie y su reacción con el nitrógeno para formar numerosos núcleos de AlN ahí, lo que genera eventualmente una capa uniforme, indica que no hay sitios para la deposición preferencial en el substrato y que la “atomización” del proceso permite “rellenar” cualquier hendidura o protuberancia que se forme durante el proceso de deposición.
Una de las principales diferencias entre los procesos NAP y los DFV es la energía de las partículas que arriban al substrato. Aún en los experimentos de DFV, donde la presión base fue baja y la distancia blanco-substrato pequeña, se esperaría que los iones arribarían a la superficie del substrato todavía con una fracción significativa de la energía de colisiones, los valores de energía son mucho menores que en los procesos NAP. Por ejemplo, Glocker y colaboradores [64] reportaron una energía incidente por átomo de Al pulverizado por c.d. de 14.1 eV, mientras que Quast y colaboradores [20] observaron que las energías de los iones se elevan hasta el nivel de voltaje correspondiente usado para los procesos NAP (hasta los 400 eV para los actuales experimentos). Este valor de energía más alto conduce a la rugosidad superficial debido a la repulverización de la capa de AlN y la fusión superficial de Al, además del crecimiento de los granos y los precipitados en el substrato, lo que afecta adversamente sus propiedades mecánicas de las capas de AlN producidas por procesos NAP. Algo de repulverización del AlN puede también esperarse en procesos DFV debido al bombardeo de Ar+, pero no será tan severo como en los procesos NAP. Esto es confirmado por estimaciones, realizadas en el programa TRIM [66], durante la pulverización de substratos de Al y de AlN. El cálculo se realizó considerando iones de Ar+ con energías de decenas de eV, semejantes a los reportados por varios autores para iones reflejados del blanco, y como substratos se configuró Al, cuya energía de enlace superficial es de 3.3 eV, y un compuesto hipotético cuya energía de enlace superficial se programó igual a la del AlN, del orden de 13 eV; los resultados reportados demuestran que la pulverización provocada por este medio es muy limitada. Sin embargo, el bombardeo iónico en los procesos DFV puede ser controlado para mejorar las características de la capa tal como los esfuerzos residuales y la densidad, o puede tener efectos sobre la morfología de las películas durante la etapa de crecimiento, como los indicados en la sección 3.3.1.1.
4.5 CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO
La comparación de las condiciones experimentales para producir capas de AlN por procesos NAP y por procesos DFV así como las características estructurales de las capas obtenidas indican que los procesos DFV tienen más ventajas en comparación con los procesos NAP. Entre las razones que se pueden enumerar, y que resultaron de la discusión realizada en este capítulo, tenemos: Los procesos DFV tecnológicamente permiten establecer y controlar mejor las condiciones de producción de las películas de AlN, considerando que en nitruración iónica existen interrelaciones entre proceso-mecanismo-producto que lo limitan tecnológicamente, como son:
1) substrato cuya matriz sea Al y con elementos adecuados que faciliten el proceso, 2) temperaturas relativamente elevadas que faciliten los procesos difusivos,
3) temperaturas no son independientes del mecanismo que produce el N reactivo,
4) presencia de oxígeno residual cuya eliminación resulta en “medidas tecnológicas complicadas” y
5) compromiso entre la cinética de crecimiento de las capas de AlN y la rapidez de remoción de materia por efecto del bombardeo iónico.
Tecnológicamente los procesos DFV producen películas de AlN de mejor calidad estructural y mecánica en tiempos comparativamente más cortos. En términos generales, la rugosidad, los grosores y la uniformidad de las películas de AlN depositadas son excelentes en comparación con las capas de AlN producidas por nitruración iónica. Sin embargo, se esperaría que la adherencia fuera en principio superior en las capas de AlN producidas por este último proceso.
Los mecanismos propuestos de formación de AlN basados en las condiciones experimentales y en el análisis estructural de cada proceso, sugiere que la energía de las especies involucradas en cada caso es central en la determinación de la estructura de la capa. Energías de iones mayores en los procesos NAP son necesarias para formar la capa de AlN, pero también conducen a una pulverización catódica más severa (incrementando la rugosidad) de la capa de AlN y la degradación de la microestructura del substrato. Estos efectos no son esperados en los procesos DFV y así capas de AlN más uniformes y lisas se forman en este caso.