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Películas de DiamantePelículas de DiamanteCarlos ArayaEnzo CrucesIgnacio JaqueLuis OliverosNelson Rodríguez
Integrantes:
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• Material más duro que se conozca (mayor módulo de Young)• Mayor módulo de elasticidad volumétrica (1,2·1012 N/m2)• Menor compresibilidad (8,3·10-13 m2/ N).
Algunas Propiedades del Diamante.Algunas Propiedades del Diamante.
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Algunas Propiedades del Diamante.Algunas Propiedades del Diamante.
• Amplia transparencia óptica que va desde el UV hasta la zona IR del espectro electromagnético.
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Algunas Propiedades del Diamante.Algunas Propiedades del Diamante.
• Resistente a la corrosión química
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Algunas Propiedades del Diamante.Algunas Propiedades del Diamante.
• Biológicamente compatible.
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Algunas Propiedades del Diamante.Algunas Propiedades del Diamante.
• Por su bajo coeficiente de expansión térmica a temperatura ambiente (0,8·10-6 K) es comparable al invariante
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Algunas Propiedades del Diamante.Algunas Propiedades del Diamante.
• Mayor valor conocido de conductividad térmica a temperatura ambiente (2·103 W/m/ K).
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• Excelente aislador eléctrico (resistividad a temperatura ambiente es de ~1016 cm).
• Se puede dopar para cambiar su resistividad sobre el rango de 10-106 cm, por lo que se puede convertir en un superconductor con un gap de 5,4 eV
• Muestra una afinidad electrónica muy baja o negativa.
Algunas Propiedades del Diamante.Algunas Propiedades del Diamante.
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Desarrollo de la película de diamante.
Historia.
• Introducción
• Avances Científicos
• Costo realización tecnológica del depósito
de diamante
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Introducción
- Explosivo crecimiento en la última década.
- Diversas aplicaciones; herramientas, óptica, dispositivos electrónicos, entre otros.
- Comienzo en los ochenta, de partículas microscópicas a películas de gran diámetro.
- Disminución de costos.
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Avances científicos.
- Propiedades extremas de los materiales de diamante, incentivo para el estudio y desarrollo.
- De los 50 a los 90.
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Costo realización tecnológica del depósito
de diamante.
- $5000/kilate a $5/kilate.
- Incremento en la razón de crecimiento.
- Uso eficiente de la energía.
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•Expectativas de Utilidad• Meta• Proyección de Mercado
•Deposiciones
•Propiedades
•Aplicaciones en Electroquímica
Desarrollo RecienteDesarrollo Reciente
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Reacción Química en la fase Gaseosa
Deposición sobre Superficie
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•Activación térmica.•Activación con plasma (DC, RF o microondas).•Uso de una llama (de oxiacetileno o antorcha de plasma).
Técnicas CVD.Técnicas CVD.
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Pequeños cristales de diamante que nuclean sobre una superficie de Ni.
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Apariencia típica de una película de diamante CVD microcristalino que ha crecido sobre Si. La película es policristalina y tiene muchos defectos aparentes.
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• Las moléculas de hidrocarburo no reaccionan para producir un crecimiento del carbón.
• Terminan con las oscilaciones de las uniones de carbón sobre la superficie y previenen un entrecruzamiento que lleven a la reconstrucción del grafito.
• El hidrógeno atómico graba tanto al diamante como al grafito.
Roles de Hidrógeno en el Proceso Roles de Hidrógeno en el Proceso CVD.CVD.
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• Crecimiento Heteropitaxial–Reducir tiempo inducción.
–Aumentar la densidad de los sitios de nucleación.
–Mejorar las tasas de crecimiento.
Preocupaciones Actuales.Preocupaciones Actuales.
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• Permite que los iones:– Dañen la superficie.
– Se implanten en la red.
– Formen una entrecapa carbónica.
Mejoramiento de la nucleación: Mejoramiento de la nucleación: BombardeoBombardeo
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Excelente uso resistente
Dureza
Alta conductividad térmica
Disipa calor(fricción) antes del daño de P.D.
Espacio entre las bandas 5 veces que Silicio
Electrones de valencia no pueden ser excitados
La IndustriaLa Industria
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La IndustriaLa Industria
• El diamante puede ser fabricado como semiconductor por dopaje
• Hasta los 500ºC• El silicio hasta los 150ºC• Mayores velocidades que el Silicio
• Obstáculo de la microelectrónica • Hacer P.D. de espesor de alta calidad
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La IndustriaLa Industria
• Homoepitaxial:• Crear grandes cristales simples• Utilizar cristales simples pequeños naturales (semillas)• Aumento de tamaño, vía recubrimiento sintético
• Heteropitaxial: • Crear grandes cristales simples• La diferencia es la utilización de un sustrato que no sea
diamante, ejemplos: níquel, cobre, carburos de silicio y otros
• En general las películas de este proceso tienen demasiados defectos para ser usados en la
electrónica
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La IndustriaLa Industria
• Rregreso al tubo del vacío• Emisión de e dentro de un espacio libre sin ser calentado• Geis 1991 crea el 1er diodo de cátodo frío
• Procesamientos de información mas veloces• Tubos de rayos catódicos de los televisores
• Ahora se esta investigando para el uso de pantallas fosfóricas
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• Manejo térmico.• Sumidero térmico para diodos láser y para pequeños circuitos integrados de microondas. • Operación a alta velocidad• Temperaturas de las uniones (soldaduras) serán menores
cuando se monte sobre diamante.
• Herramientas de corte.• Abrasivo• Protección en insertos de herramientas de corte• Brocas de taladro y otras herramientas protegidas por diamante
AplicacionesAplicaciones
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• Capas resistentes al desgaste: • La capacidad de proteger piezas mecánicas con una
cobertura ultra resistente en componentes puede permitir un gran incremento en su vida, aun con poca lubricación.
• Optica.• Protector de antiparras• Capa protectora de dispositivos infrarrojos • Se espera que ventanas IR del futuro sean hechas de una
lámina de diamante
AplicacionesAplicaciones
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• Dispositivos electrónicos.• Dopaje• Grabado
•Con plasmas de O2•Erosión con láser o nucleación selectiva.
• Usos:• Dispositivos de efecto piezoeléctrico• Detectores de radiaciones• Emisor de electrones desde placas planas
•Pantallas planas•Base de un interruptor ultra rápido
AplicacionesAplicaciones
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Aislante
Diamante Emisor
Fósforo
Fila de Electrodos
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• Materiales compuestos.• Diamante CVD sobre la superficie de alambres de metal
o fibras no metálicas• Resistencia similar a la del diamante• Increíblemente duras para su peso• Usos:
• agente reforzante en compuestos de matriz metálica, • tubos o fibras huecas de diamante
AplicacionesAplicaciones
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Cobertura de diamante CVD de 40m de espesor sobre alambre de tungsteno de 125m de diámetro.
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Sección de una película de diamante de 6,7 m sobre Si.Se puede apreciar la naturaleza columnar del crecimiento desde la superficie.
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Película nanocristalina que exhibe morfología de coliflor, típica del crecimiento del diamante bajo altas concentraciones de metano. Esta película es mucho más suave que la microcristalina, pero sus propiedades eléctricas y mecánicas no son tan extremas.