Análisis de láminas delgadas
Analizador de Conductividad Térmica y Propiedades Eléctricas
Analizador de películas delgadas
El conocimiento preciso de las propiedades físicas de las láminas delgadas es cada vez más importante en muchas ramas de la industria y las aplicaciones.
Ejemplos típicos son los materiales de cambio de fase, los medios de almacenamiento óptico, los materiales termoeléctricos, los diodos emisores de luz (LED), las pilas de combustible, las memorias de cambio de fase, las pantallas planas y la industria de los semiconductores en general.
Todas estas industrias utilizan sistemas monocapa o multicapa para dar a un aparato (o a un conjunto) una función específica.
Dado que las propiedades físicas de las capas finas difieren significativamente de las de los materiales sólidos, es necesario determinar su grosor y sus propiedades en función de la temperatura mediante dispositivos de medición adecuados.
Esto se debe a que las grandes relaciones de aspecto (grosor de la capa respecto a la expansión lateral) suelen dar lugar a efectos adicionales de dispersión límite y superficial, que a menudo provocan una reducción significativa del transporte de carga y calor.
Además, existe una amplia gama de tecnologías de deposición para producir películas finas, que también tienen una gran influencia en las propiedades materiales de la película fina.
Como los requisitos para caracterizar una película fina y un material sólido difieren significativamente en algunos casos, deben utilizarse técnicas de medición diferentes para los dos ámbitos.
La conductividad térmica y la conductividad eléctrica de las láminas delgadas suelen ser inferiores a las de los materiales sólidos comparables.
Por ejemplo, la conductividad térmica lambda de una película o nanocable de Si de 20 nm a temperatura ambiente puede ser un factor cinco veces inferior [1] a la de su homólogo sólido monocristalino.
Para una película de oro de 100 nm de grosor, también se ha demostrado que la conductividad eléctrica y térmica también se reduce casi a la mitad [2].
En general, puede decirse que las propiedades de transporte no sólo dependen de la temperatura, sino también en gran medida del grosor [3].
Estas reducciones de la conductividad pueden atribuirse generalmente a dos causas originales.
Por un lado, la tecnología de síntesis de láminas delgadas utilizada a menudo da lugar a impurezas y defectos más grandes en una lámina delgada, que provocan más desorden y límites de grano dentro del material, lo que a su vez da lugar a más dispersión y, por tanto, a una conductividad térmica y conductividad eléctrica reducidas.
Además, es de esperar que incluso una película fina atómicamente perfecta tenga una conductividad térmica reducida debido a la dispersión interfacial y a la fuga de fonones.
Sin embargo, los dos mecanismos influyen de forma diferente en el transporte en el plano y en el transversal, por lo que las propiedades de transporte de las láminas delgadas suelen mostrar un comportamiento anisótropo.
Este efecto podría observarse incluso si el material sólido correspondiente presenta un comportamiento isótropo.
[1] Li, Deyu, et al.
«Conductividad térmica de nanocables individuales de silicio». Cartas de Física Aplicada 83.14 (2003): 2934-2936.
[2] Linseis, V., Völklein, F., Reith, H., Nielsch, K., y Woias, P. 2018.
Propiedades termoeléctricas de las nanopelículas de Au y Ti, caracterizadas con una novedosa plataforma de medición. Materiales Hoy: Actas, Actas de la Conferencia ECT2017.
[3] Linseis, V., Völklein, F., Reith, H., Hühne, R., Schnatmann, L., Nielsch, K., y Woias, P. 2018.
Propiedades termoeléctricas dependientes del grosor y la temperatura de nanopelículas de Bi87Sb13 medidas con una nueva plataforma de medición. Ciencia y Tecnología de Semiconductores.
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