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Innova UNAM en fabricación de películas delgadas

Por Ana Luisa Guerrero

León, Guanajuato. 28 de octubre de 2015 (Agencia Informativa Conacyt).- En la ciencia y la tecnología actual, los filtros ópticos interferenciales de películas delgadas tienen una importancia cada vez mayor, dado que se utilizan para cámaras fotográficas, computadoras, telescopios, microscopios, proyectores, relojes digitales, binoculares, anteojos y automóviles, entre tantos otros objetos.

800x300 1 innova UNAM 4Para hacer eficientes sus métodos de fabricación, investigadores del Centro de Nanociencias y Nanotecnología (Cnyn) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) campus Ensenada, trabajan en el desarrollo de un sistema automatizado para el crecimiento de capas delgadas con métodos auxiliados por plasmas, uno de ellos es utilizando iones de argón y otro por ablación láser.

Bajo la dirección del doctor Roberto Machorro Mejía, jóvenes beneficiarios de las Cátedras Patrimoniales de Excelencia del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) se concentran en crear un sistema de monitoreo y control de las propiedades de películas delgadas, el cual usa el espectro del plasma como sensor de la estequiometría de las capas.

Entrevistado en el marco del Mexican Optics and Photonics Meeting (MOPM) 2015, el profesor e investigador explica a la Agencia Informativa Conacyt que el objetivo es crecer películas delgadas inhomogéneas con un perfil deseado del índice de refracción, realizado por depósito reactivo en sistemas auxiliados por plasma (desbastamiento iónico y ablación laser).

Las capas delgadas se pueden hacer de múltiples maneras, pero para que sean utilizables, robustas y que mantengan su desempeño por mucho tiempo, se realizan en una campana a la que se le ha extraído el aire. En ella se coloca la fuente del material del cual se va a crecer la película, es decir, un sustrato en el que se hará el crecimiento.

1 innova UNAM 4El investigador detalla que el transporte del material se realiza por medio de vaporización, y cuando el vapor invade la cámara (al no tener aire, tiene pocos choques hasta llegar al sustrato) se condensa tal y como hace el vaho de la boca cuando se lanza en un vidrio.

Existen múltiples formas por las cuales se vaporiza el material. Una tendencia es utilizar un bote metálico en el que se coloca el material, se le pasa una corriente considerable para que se caliente, se funda y se evapore. Otra opción es calentarlo en un crisol y bombardearlo con electrones.

Una más es irradiar el material con un haz de láser de alta potencia, a través del cual el material absorbe la energía y se evapora. Actualmente se utilizan iones de argón que erosionan el blanco extrayendo moléculas que después viajan hasta el sustrato.

Integrante nivel III del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), indica que los dos últimos métodos son peculiares porque generan una emisión de luz. En esos procesos, al interactuar con gran energía, los átomos se excitan, es decir los electrones pasan de un nivel menor de energía a uno mayor; puede darse el caso de llegar al grado de ionizarse o perder electrones.

“Los átomos no son estables en estado excitado y normalmente se desexcitan emitiendo parte de la energía que absorbieron, o bien, se recombinan atrapando algún electrón descuidado. Cuando los electrones decaen de un nivel excitado a otro de menor energía, ese diferencial de energía se da en forma de luz y se le conoce como espectro de emisión”, puntualiza.

La luz que se radia brinda un cúmulo de información acerca de la especie que lo emite, con la cual es posible determinar la densidad, su abundancia relativa a otras especies, su temperatura, la cinética y el grado de ionización, entre otros.

Procedimiento

Roberto Machorro, miembro del departamento de Materiales Avanzados del Cnyn, lidera el proyecto titulado Crecimiento controlado de capas inhomogéneas por espectroscopia de plasma. En él se plantea analizar la luz emitida y relacionarla con las características de la película que se está creciendo, para lo cual trabaja en colaboración con su grupo de investigación integrado por Roberto Sangines de Castro, Noemí Abundiz Cisneros y Óscar Hernández Utrera.

El procedimiento se realiza en una cámara de vacío. En ella se introduce gas argón, que es inerte (no reacciona químicamente) y uno más que es reactivo, puede ser oxígeno, nitrógeno o ambos.

Así, se puede vaporizar el material del blanco o fuente y durante su viaje al sustrato puede reaccionar con alguno de los gases, formando un compuesto que inicialmente no existía.

2 innova UNAM 4De esta manera pueden generarse óxidos, nitruros o mezcla de ambos; oxinitruros, por ejemplo, de silicio, de aluminio, de titanio o de algún otro metal. El espectro de luz de cada uno de estos compuestos tendrá una huella única.

“La hipótesis del proyecto es que manipulando los parámetros de la fuente y del sistema de vacío podemos reconstruir un índice de refracción dado. A partir de allí podríamos fabricar películas cuyo índice no se encuentra en forma regular. En nuestro laboratorio ya hemos tenido experiencia previa en este sentido. Usando la razón de líneas espectrales entre dos elementos que están en el blanco, podemos saber de antemano el tipo de material que resultará en el sustrato, como en el caso de los oxinitruros de silicio y el material Plomo Fierro Niobio Oxígeno”, expone.

El investigador, quien realizó sus estudios de doctorado en el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) apoyado con una beca del Conacyt, indica que a través de este procedimiento tienen la confianza de que, a partir de mediciones espectrales durante el depósito, podrán manipular el índice de refracción de crecimiento reactivo.

“Nuestra meta ideal sería lograr esto de manera automatizada, de manera que el usuario programe el índice de refracción que desea y el espesor de su capa, a fin de que el sistema lo reproduzca sin su intervención, un procedimiento que no existe en ningún otro lado”, añade.

Vinculación con la industria

Roberto Machorro, quien en 2010 recibió la Medalla “Daniel Malacara Hernández” que otorga la Academia Mexicana de Óptica, explica que la generación de este conocimiento debe vincularse con la industria a fin de generar cadenas productivas que fomenten la tecnología mexicana.

Actualmente la doctora Abundiz (catedrática del grupo del doctor Machorro) colabora con uno de sus estudiantes graduados de su laboratorio, que se encuentra en la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) beneficiario del Programa de Estímulos a la Innovación (PEI) de la mano de la empresa Vitro, que fabrica vidrio, a fin de desarrollar filtros de baja emisividad y filtros antirreflectores inteligentes a través de los cuales se refleja el calor y pasa la luz, y que tienen como característica el ahorro de energía.

“Vincular la academia con la industria es fundamental, porque la poca industria que hay en México trae su tecnología o la compra de otros países; por eso es que no hay mucha industria de óptica originaria de México. Nosotros queremos romper esta barrera, por lo que buscamos ofrecer servicios, asesoría, productos e instrumentación a la industria mexicana”, añade.

Con 39 años de carrera profesional en el Centro de Nanociencias y Nanotecnología de la UNAM, el doctor Machorro hace énfasis en la necesidad de que en México se fomente el estudio de la ciencia y el desarrollo de la investigación, ya que es una disciplina incipiente en nuestro país.

Por ejemplo, en el caso de las películas son muy pocos los grupos de investigación mexicanos que se dedican a ellas, como los del Centro de Investigaciones en Óptica (CIO), el Centro de Investigación Científica y Educación Superior de Ensenada (CICESE), el INAOE —los tres centros públicos de investigación del Conacyt—, los de la UNAM y la UANL.

“El tabú que se tiene que romper con la población de que es un desperdicio de inversión pagar científicos, porque no existe la conciencia de que el dinero que se invierte se va a redituar en bienes, en mejoras tecnológicas, en mejores profesionistas, es una inversión y no un desperdicio de recursos”, concluye.

Satisfacciones
Para Roberto Machorro Mejía su carrera profesional ha estado llena de satisfacciones por la formación de estudiantes. En Ensenada fue de los fundadores de la Escuela de Física de la Universidad Autónoma de Baja California que, a la fecha, suma 40 generaciones.
“He visto crecer muchos jóvenes, constato su evolución y que ellos están teniendo otra filosofía respecto a la mía, son mejores y más aventurados. Hoy, varios de mis estudiantes ya son investigadores del SNI con nivel II y III. Eso es una gran satisfacción que me ha dado esta profesión”, asegura.
Contacto: Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.www.cnyn.unam.mxwww.Tuciencia.org y www.Optica.machorro.net

 

 

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