Magnetron sputtering experimentos.ppt

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DISPOSITIVOS ELECTROLUMINISCENTES

CAPACITORES

DIODOS EMISORES DE LUZ

CORRIENTE ALTERNA

CORRIENTE DIRECTA

LED INORGICO

LED ORGNICO OLED

POLVO ACPEL

PELICULA DELGADA ACTFEL

POLVO DCPEL

PELICULA DELGADA DCTFEL

MOLECULAS PEQUEAS

POLMEROS

LMPARAS ELECTROLUMINISCENTES FLEXIBLES. Las lmparas electroluminiscentes convierten la energa elctrica de corriente alterna en luz, cuando se le aplica una diferencia de potencial de entre 100 a 800 Vpp, en un rango de frecuencia de 100 a 5000 Hz . Caractersticas: - Bajo consumo de energa, - No utilizan materiales peligrosos - No hay filamentos que se rompan - No emiten calor, son fros al tacto - No requieren mantenimiento - Altamente visible en la oscuridad, humo y niebla etc. -Flexibles.

Aplicaciones en iluminacin de telfonos celulares, relojes, paneles de control, decoracin arquitectnica, etc.

c m

2

Caracterizacin de una lmpara electroluminiscente: Estructura Estructura Activada3 RO HU L pVW 3 HJDP HQW R [L GRGHL R\ HVW QGL DxR &DSDRU QL Ji FD 3 DUtFXO W DVGHIyVIRU R 7LDQDW HEDUR W RG L $O L R XP QL 3 HJDP HQW R 3 RO HU L pVW

Capa de fsforo

Eficiencia 85%

Apagada3RO H L pVWU 3H JDP H W QR [ L RG ,Q L H D G H GR\ VWxR,72 &D RU Q FD SD Ji L 3D W D H UtFXOVG IyVIR R U 7LD DW H L WQ RG EDUR $O L L XP Q R 3H P H W JD Q R 3RO H L pVWU 5D D QXU

c m

2

Caracterizacin de una lmpara electroluminiscente: Voltaje y luminanciaDiagrama a bloques para medicin de luminancia9 * HQHUDGRUGHI RUP D $0 3 GHRQGDDUE LW LD UDU 9 2 VF LO RS LR RVF , 5O LPN +]

Comportamiento de picos de luminancia a diferentes frecuencias con diferentes formas de onda2 QGD ) UHF & XDGU DGD %L DU SRO &5 6 HQRL GDO 5 DP SD

9 5V ( VS HF W P HW Uy UR 86% ) RW UDQVL RU RW VW 97 9 / X [ y P HW UR /0N +] N +]

5S

&S

& LUF X LW T X LYDO H R( HQW / i P SDUD$ & 3 ( /& V

Tabla de eficiencia de la lmpara electroluminiscenteFrecuencia

Espectro luminoso( VSHFWRSU U RSRU RQDGR FL SRU IDEUFDQW L H ( VSHFWRREW GRFRQ U HQL HVSHFWyP HWR8 6 % U U

Cuadrada L 9.84 15.95 37.46

SR L 6.88 12.64 25.43

Bipolar

Senoidal

Rampa L 4.55 6.88

(kHz) 0.5 1.0 5.0

0.16 0.22 0.41

0.17 0.23 0.41

L 5.55 8.05 13.08

0.21 0.29

L5.83 9.14

0.17 0.23

0.17 0.22 0.35/ RQJL XGGHRQGDQP W ,QW GDGDX HQVL

0.44 21.55

0.41 12.22

Construccin del sistema para deposicin de materiales Magnetrn sputteringExterior9i O D YXO 9i O D YXO &RQWRO U DGRU GHSU y Q HVL

Interior

6 HQVRU GHSU y Q HVL 9i O D YXO

H&' ) XHQW

9 HQW DQDGH&XDU R ] ( QWDGD6 DO U L GD GHVXEVWDW U RV ) XHQW EL DU VDGD H&$ SRO SXO

5 HDFW RU 0 DJ QHWy Q U 6 SXWHUQJ W L

6 RQGD GH$ OR W 9 RODM WH

ImanesR L O 2 VFLRVFRS

) XHQW SXO H&' VDGD

Ctodo%RP ED 7 XU ERP RO HFXO DU

Diagrama a bloques del sistema Magnetrn sputtering en modo reactivo$U2 2

/ tQHDVHVS HFW HV UDO

( VS HFW P HW Uy UR

) X HQW $ E LS R O X O H& DUS VDGD7 7

//9 9

id vd&i W RGR ,P DQHV/ HQW HV

9'& & 4 4

9'

4 4

6 RQGDGH ) L UD S WF D E L

& RQW DGRU URO

' LVW LD DQF $ M VW O X DE H

%O RW HW DQF DUJ 6 X E VW R UDW

QR GR 6 HQVRUGH 3 UHVLy Q %RP E D %RP E D 0 HF i QL 7 X UE RP R O X O FD HF DU

9 HQW DQD GHFX DU] R3

O DVP D

0 HFDQL P RS DUD V GHVS O DUHO QRGR D] i

5 HDF W U0 DJ QHW Q R Uy 6 S X WHULQJ W

Tipos de fuentes para magnetrn sputteringFuente CA bipolar pulsada (Safi y Colaboradores) Fuente CD bipolar pulsada6 SXW L W QJ HU 1 RU DO P$ $U $ $U $ $U $ $U $ $U

) XHQW SXO H&' VDGD

/ L SL D P H] GHFDU V JD H-

9

H H 9H H-

Magnetrn sputtering de alto impulso HIPIMS o HPPMS

%O DQFRW JHW DU

%O DQFRW JHW DU

Desarrolladas en esta investigacinFuente AC Bipolar Pulsada DC bipolar pulsaD

9 RO HN9 W DM

9 RODM W HN9

-

7L P SR H V

-

-

7L SR HP V

Fuente CA bipolar pulsada para Magnetrn SputteringCaractersticas Fsicas; Pocos elementos Tamao compacto Ligero Elctricas; Modo boost (pulsos) Voltaje :100 V 8 kVpp Frecuencia :50-60 kHz Modo cuasiresonante Senoidal Voltaje :100 V 4 kVpp Frecuencia :130 kHz Alta eficiencia Ventajas en Sputtering Ignicin a presin baja 0.8-1.0 Pa con una distancia entre electrodos de 40 a 50 mm Desventajas Requiere de otras fuentes Requiere enfriamiento Circuito esquemtico

Formas de ondaV I I

-

-

7L SR HP VV I

7L SR V HP

-

&RU L HP $ UHQW

9 RODM W H9

&RU L HP $ UHQW

9 RODM W H9

Fuente CD bipolar pulsada para Magnetrn SputteringCaractersticas: Elctricas; Voltaje variable:0-400 +VCD y 0-1000 -VCD Frecuencia :5-80 kHz Ciclo de trabajo: 5 -95 % Ventajas Sputtering Se pueden variar el ancho del pulso lo que ayuda a la ignicin Los electrodos se calientan ligeramente en el proceso (20-30 min) Desventajas Ignicin a presin mediana 2.0-3.0 Pa con una distancia entre electrodos de 30 a 40 mm Requiere de otra fuente y dos pilas de 9v d Diagrama a bloques

Forma de ondaF

9 RODM W HN9

7L P SR H V

-

7L P SR H V

&RU L HP $ UHQW

9 RODM W H9

Aplicaciones de la fuente bipolar pulsada en plasma no trmicos de baja potenciaDescargas luminosas en Magnetrn Sputtering

Descarga luminosa en un reactor de Barrera dielectrica

V I

9 W HN 9 RODM

-

HP SR L V

Eficiencia 89% Descargas luminosas en soluciones salinas

&RU L HP $ UHQW

Eficiencia 85%

Descarga luminosa en lquidos

Depsitos obtenidos con sistema magnetrn sputtering Aluminio Capas dispositivo Tipos Metlico Dielctrico Aleacin en modo reactivo Aluminio/cobre

Zinc

Depsitos de Zinc, oxido de zinc y zinc/aluminio en substratos flexibles

Deposito de electrodo conductivo transparente TCO Sustratos flexibles

Electroluminiscentes

Display

Celdas Solares

Depsitos obtenidos de Zinc, Oxido de zinc y zinc/aluminio en modo reactivoCondiciones de deposicin: Gas: Argn/oxigeno Presin trabajo: 0.6 1.0 Pa (4 mTorr) Blanco: zinc /aluminio Distancia entre los electrodos: 50 mm. Frecuencia: 50 kHz Tiempo pre ionizacin: 5- 10 minutos Tiempo deposicin: 5- 10 minutos

[L GRGH=L QF

&i W RGR

=L QF $ O P LQL X R %O DQFR

=L -$ O P L QF X QLR

Electrodo conductivo transparente obtenido con AC pulsada.Condiciones de deposicin: Gases: flujo argn 420 sccm flujo oxigeno 10 sccm Presin trabajo: 0.6 1.0 Pa (4 mTorr) Blanco: zinc /aluminio Distancia entre los electrodos: 50 mm. Frecuencia: 50 kHz Tiempo pre ionizacin: 10 minutos Tiempo deposicin: 5 minutos

Medicin de resistividad

Resistividad de 500 mcm Tabla de porcentaje de elementosElemento O Al Zn Lnea K K K Espectro ED ED ED %Elemento %Atmico 66,9970691 88,66345 1,40424222 1,101919 31,5986902 10,23463

Espectro ESD

Micrografa de la estructura del electrodo

Estudios de espectroscopia con espectrmetro irH550Sistema de medicin de espectroscopia para el reactor magnetrn sputtering3U \ H F yQ H R FL G G V D JDX Q V H F U OPL R D 9H W D QD Q G F D ]R HX U 9i OXD YO

5H F R DW U 0 D HU JQ W yQ ( QUG * D H W D VV D ( V HW S FU W yPHU R

9i OXD YO

Espectros luminosos obtenidos en modo reactivo con espectrmetro USB 4000Espectro luminoso Ar/02$U $U $U

Elementos analizadosElemento Argn I Argn I Argn I Argn I$U

Longitud de onda ( nm) 750.39 751.47 763.51 772.38 777.19 777.42 394.40 481.0.

Niveles de Energa (Ei- EK) 13.48-11.83 13.27-11.62 13.17-11.55 13.15-11.55 10.74-9.15 10.74-9.15 3.14-0.0000 3.2 -0.0000

,Q H VL D $ 8 WQ G G

$U = Q $O $U $U = Q2 2

Oxigeno Oxigeno Aluminio Zinc

/ R JL G H Q D P Q W GR GQ X

Flujo de argn :520 sccm y oxigeno: 20 sccm Espectro luminoso 02,Q H VL D D WQ G G X2 2

Belkind y colaboradores utilizaron lneas espectrales sputtering con depsitos de aluminio y titanio en mezcla de argn y oxgeno [Be2005].Elemento Argn I Aluminio Aluminio Longitud de onda ( nm) 620 520 600 777.42 849.4 631..0. Niveles de Energa (Ei- EK) 13.48-11.83 3.14-0.0000 3.14-0.0000 10.74-9.15 10.74-9.15 3.2 -0.0000

$O2 2

$U

$O = Q

2 2

Oxigeno Oxigeno Zinc

/ R J W GR GQ QL G H Q D P X

Flujo de oxigeno: 300sccm y Argon 20 sccm

Espectro luminoso obtenido con irH550 a diferentes potenciasElemento Longitud de onda ( nm) Niveles de Energa (EiEK) Aluminio 360.30 3.14-0.0000 Zinc 429.9 Elemento Longitud de onda Niveles de ( nm) Energa (EiEK) 3.2 -0.0000

Efecto indeseable con rediseo del ctodo Se analizaron los elementos zinc, aluminio y argn, comportamiento lineal conforme aumenta la potencia de 20 a 40 WElemento Longitud de onda ( nm) Niveles de Energa (EiEK) Argn Elemento Longitud de onda ( nm) Niveles de Energa (EiEK) Argn 75730 3.14-0.0000

749.13

3.14-0.0000

Espectros luminosos obtenidos en modo reactivo con diferentes potenciasElemento Aluminio IV Aluminio I Longitud ( nm) 360.20 394.4 Elemento Zinc I Longitud ( nm) 429.95

Se analiz los elementos de: zinc, aluminio, argn y oxigeno con potencias de 21, 39 y 56 W Existe estabilidad en el proceso con el incremento de potencia.

Elemento Argn I Argn I Argn I Argn I

Longitud ( nm) 750.3 751..4 763.5 772.3

Elemento Oxigeno I Oxigeno I

Longitud ( nm) 777.4 777.6

Fuente de poder bip

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