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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA MATERIALES

DEPOSICIÓN DE PELÍCULAS DELGADAS DE ÓXIDO DE INDIO Y ESTAÑO SOBRE SUSTRATOS POLIMÉRICOS

Por: Andrea María Camacho Romero

INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero de Materiales

Sartenejas, Septiembre de 2010

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DEPOSICIÓN DE PELÍCULAS DELGADAS DE ÓXIDO DE INDIO Y ESTAÑO SOBRE SUSTRATOS POLIMÉRICOS Autor: Br. Andrea Camacho. Tutores Académicos: Prof. Marcos Sabino/Prof. Carlos Borras. Tutor Industrial: PhD. Ricardo Silva. Trabajo de Pasantía Larga Universidad Simón Bolívar, Decanato de Estudios Profesionales, Coordinación de Ingeniería de Materiales. Caracas- 2010. RESUMEN En el presente trabajo se estudia la deposición de óxido de indio y estaño semiconductortransparente sobre láminas de poliestireno a través de la pulverización catódica con magnetrón “magnetron sputtering”. Los polímeros candidatos para ser utilizados como sustratos fueron: poliestireno cristal, polimetil metacrilato, polietilen tereftalato, lámina acrílica y lámina de acetato. Se utilizó espectroscopia IR para caracterizar a los sustratos, espectrofotometría UV-visible para medir la transparencia y el multímetro para medir la resistencia eléctrica de las películas de ITO. Antes de llevar a cabo la deposición se fabricaron láminas de PMMA y PSc, a través del procesamiento de pellets. Simultáneamente, se construyó el cátodo del equipo de “sputtering” en el cual fue mecanizado un disco de aluminio, se preparó la aleación de indio y estaño con una relación 90:10% en peso para luego ser laminada y recubrir el disco de aluminio. Una vez finalizado los dos procesos descritos, se procedió a realizar la deposición con los siguientes parámetros colocados para el “sputtering”: 170 V, una corriente de 22 mA, presión de la cámara de vacío de (7-8) Pa y una mezcla de argón y oxígeno suministrada con presiones de 10 lbs/pulgadas2 y 1 lb/pulgadas2 respectivamente; siendo el tiempo de deposición de 10 min. De todos los sustratos poliméricos inicialmente evaluados, sólo se logró depositar películas de ITO (Indium Tin Oxide) sobre poliestireno y se analizó la composición por TXRF, microscopio electrónico de barrido (MEB) y microscopio auger. Por otro lado, debido a la baja eficiencia del “sputtering” se utilizó un evaporador térmico para la deposición primeramente de películas de indio y estaño en los 5 polímeros candidatos pero los resultados no fueron satisfactorios porque el estaño se depositó superficialmente antes que el indio, por lo que no se logró obtener una homogeneización de estos metales en función del espesor. Finalmente, se obtuvo a través del TXRF que la composición de la aleación tiene una relación promedio de 90:10 de In:Sn respectivamente; y la película de ITO depositada sobre PS con las mejores propiedades electro-ópticas alcanzó una resistencia eléctrica de (35±3)kΩ y una transmisión de luz máxima del 58%, pudiendo ser estos valores mejorados de acuerdo a lo reportado en la literatura.

Palabras Claves: semiconductor, ITO, transparente, “magnetron sputtering”, poliestireno. iii

AGRADECIMIENTOS Principalmente gracias a mi mamá Irais Romero y a mi papá Azael Camacho, ya que me apoyaron en todo momento para cumplir esta meta. A mi hermano Azael Enrique, a Giancarlo Caló y demás familiares por el apoyo incondicional, valores y educación que hicieron posible mi crecimiento personal y académico, y hoy en día soy lo que soy por ellos. En segundo lugar al profesor Haydn Barros por formarme como ingeniera y por creer en el presente proyecto de pasantía. Agradezco enormemente al profesor Carlos Rojas de la Universidad Central de Venezuela por enseñarme que las Universidades, los equipos y la información son para todos, asimismo, por todo el tiempo y dedicación. Además, gracias a todo el equipo de trabajo de la Universidad Simón Bolívar por el apoyo para la realización del proyecto, empezando por mis tutores Profesores Ricardo Silva, Marcos Sabino y Carlos Borras. Asimismo, al equipo de trabajo del laboratorio “E” de Materiales y Procesos de Fabricación Sección de Polímeros, Procesos Metalúrgicos, Metalmecánicos y Sección de Microscopía Electrónica integrado por José Salazar, Jesús Rodríguez, Adalberto Rosales, Rosdely Quiroz, Mariangela Almeida, Aimé Guerrero, Carmen Vitanza, Mónica Niño, Héctor Rojas, Gleen Rodríguez, Sobeida Villarroel y Próspero Soto. Aunado a este equipo de trabajo, quisiera agradecer al Laboratorio “D” las secciones de Física Nuclear, Biofísica y al taller mecánico integrado por Haydn Barros, Ricardo Silva, Eduardo Greaves, Luis Osorio, Joffre Marchena, Lyzeth Abdala y Pal Nemeth. De igual forma, al laboratorio “B” de Biología, Química y Polímeros, las secciones de Química y Procesos Biológicos y Bioquímicos integrado por Marcos Sabino, Carlos Borras y Ana María Cioccia; y por último, más no menos importante, al laboratorio “C” de Electrónica específicamente al Profesor Francisco García.

Andrea Camacho.

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ÍNDICE GENERAL INTRODUCCIÓN………..…………………………..……………………………...…………1 I. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA………………..………………………………...……...3 I.1. Introducción…………...……………………………………………………………………3 I.2. Reseña Histórica……………………………………………………………………………3 I.3. Objetivos de la UGTS………………………………………………………………………4 I.4. Proyectos Realizados por la UGTS………………………………………………………...5 II. MARCO TEÓRICO………..…………………………………………………….….............6 II.1. Introducción de Semiconductores..………………………………………………………..6 II.1.1. Conductor Eléctrico…………………………………………...……………....................6 II.1.2. Aislante Eléctrico………………………………………………………………………11 II.1.3. Semiconductores……………………………………………………………….............13 II.1.3.1. Tipos de Semiconductores…………………………………………………………...15 II.1.3.1.1. Semiconductores Intrínsecos……………………………………………………….15 II.1.3.1.2. Semiconductores Extrínsecos………………..……………………………..............16 II.1.3.1.3. Óxidos Semiconductores…………………………………………………………...18 II.1.3.1.3.1. Óxido de Indio Dopado con Estaño……………………………………………...20 II.1.3.1.3.1.1. Principales Técnicas de Deposición de Películas Delgadas de ITO…………...24 II.1.3.1.3.1.1.1. Pulverización Catódica DC- Magnetrón………………………………..........24 II.1.3.1.3.1.1.2. Evaporador Térmico al Vacío..…….....…..……………………..…………...25 II.1.3.1.3.1.2. Influencia de las Variables de Procesamiento sobre las Características de las Películas de ITO………………………………………………………………………….........26 II.1.3.1.3.1.2.1. Influencia de la Presión Parcial de Oxígeno durante la Deposición de Películas de ITO…………………………………………………………………………………………26 II.1.3.1.3.1.2.2. Influencia del Espesor de la Película de ITO………………………………...29 II.1.3.1.3.1.2.3. Influencia de la Presión de Sputtering……..…………………………………29 II.2. Sustratos Poliméricos…………………………………………………………….............31 II.2.1. Polietilen Tereftalato…………………………………………………………………...31 II.2.2. Poliestireno Cristal……………………………………………………………………..32 II.2.3. Polimetil Metacrilato…………………………………………………………………...34 II.3. Equipos de Caracterización………………………………………………………………35 II.3.1. Espectroscopia Infrarroja…………………………………………………………........35 II.3.2. Espectrofotómetro UV-Visible………………………………………………………...38 v

II.3.2.1. Descripción de los Componente del Espectrofotómetro…………...………………...39 II.3.3. Multímetro……………………………………………………………………………...40 II.3.4. Microscopio Electrónico de Barrido…………………………………………………...42 II.3.5. Microscopio Auger……………………………………………………………..............46 II.3.6. Fluorescencia de Rayos-X por Reflexión Total………………………………………..48 III. METODOLOGÓA EXPERIMENTAL…………………………………………………...50 III.1. Alcances y Limitaciones………………………………………………………………...50 III.2. Procedimiento Experimental……………………………………………………………51 III.2.1. Fabricación del Cátodo de Sputtering……………………………………………........51 III.2.2. Fabricación de Láminas de Polímeros………………………………………………...53 III.2.3. Determinación de la Naturaleza Química de las Láminas de Polímero usadas a través de Espectroscopia Infrarroja FTIR …………………………………………………..………..55 III.2.4. Acondicionamiento de las Películas de Polímeros antes de la Deposición….………..55 III.2.5. Proceso de Deposición de Películas de ITO con DC-Magnetron Sputtering................56 III.2.6. Deposición de Películas de In-Sn sobre Sustratos Poliméricos a través del Evaporador Térmico al Vacío……………………………………………………..…………………….….58 III.2.7. Proceso de Caracterización de las Películas de ITO………………………………….59 III.2.7.1. Medición de Resistencia Eléctrica.............................................................................59 III.2.7.2. Medición de Transparencia de las Películas de ITO-Sustratos Poliméricos……….59 III.2.7.3. Medición de la Composición de la Aleación y Película de Indio-Estaño con Fluorescencia de Rayos-X por Reflexión Total………………………………………………60 III.2.7.4. Medición de Composición de Películas de ITO sobre Sustratos Poliméricos a través del Microscopio Electrónico de Barrido……………………………………...………………61 III.2.7.5. Determinación de los Elementos Presentes en las Películas Depositadas por Magnetron Sputtering y Evaporador Térmico al Vació en Función del Espesor a través del Microscopio Auger……………………………………………………………………………62 IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS…………………...………………63 IV.1. Determinación de los Sustratos Poliméricos……………………………………………63 IV.1.1. Lámina Acrílica……………………………………………………………….............63 IV.1.2. Lámina de Poliestireno…………………………………………………………….….64 IV.1.3. Lámina de Polimetil Metacrilato………………………………………………….…..65 IV.1.4. Lámina de Polietilen Tereftalato……………………………………………………...67 IV.1.5. Lámina de Acetato………………………………………………………………….…68 IV.2. Determinación de Composición Química por TXRF…………………………………..71 vi

IV.3. Determinación de Composición Química de Películas de ITO por el Microscopio Electrónico de Barrido………………………………………………………………………...73 IV.4. Trasmisión de Luz de las Películas de ITO Depositadas sobre PSc…………………….76 IV.5. Resistencia Eléctrica de Películas de ITO………………………………………………79 IV.6. Determinación de elementos con el Microscopio Auger………………………..............80 CONCLUSIONES…………………………………………………………………………….86 RECOMENDACIONES………………………………………………………………………89 BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………….……..90 APÉNDICE……………………………………………………………………………………95

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ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2.1: Valores de conductividad y resistencia eléctrica de metales a 20 ºC……...............11 Tabla 2.2: Valores de conductividad de aislantes cerámicos y polímeros a temperatura ambiente………………………………………………………………………………............13 Tabla 2.3: Semiconductores de la tabla periódica……………………………………............14 Tabla 2.4: Valores de conductividad de semiconductores a temperatura ambiente……….....14 Tabla

2.5:

Propiedades

de

algunos

semiconductores

intrínsecos

a

temperatura

ambiente………………………………………………………………………………............15 Tabla

2.6:

Propiedades

de

algunos

semiconductores

extrínsecos

a

temperatura

ambiente...……………………………………………………………………………………..17 Tabla 2.7: Defectos generados en óxidos no-estequiométricos……………………….............20 Tabla 2.8: Características de películas de ITO depositadas por diferentes técnicas…..............21 Tabla 2.9: Propiedades del PET……………………………………………………………….32 Tabla 2.10: Propiedades del PS cristal………………………………………………………...33 Tabla 2.11: Propiedades del PMMA…………………………………………………..............34 Tabla 2.12: Frecuencias de vibración requeridas en el espectro IR ……….………….............36 Tabla 2.13: Correspondencia entre las notaciones espectroscópicas y rayos X para los niveles atómicos……………………………………………………………………………………….45 Tabla 2.14: Correspondencia entre las notaciones espectroscópicas y rayos X para los niveles atómicos……………………………………………………………………………………….45 Tabla 3.1: Espesores de láminas poliméricas……………………………………..…………..55 Tabla 4.1: Análisis químico de las muestras de indio y estaño disueltas en HCl……………..71 Tabla 4.2: Relación In- Sn de la lámina que conforma el cátodo de sputtering………………72 Tabla 4.3: Análisis porcentual de composición química de las muestras 1 y 3……………….74 Tabla 4.4: Resistencia eléctrica de películas de ITO………………………………….............79

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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Figura 2.1: Circuito eléctrico con resistencia……………………………………………..……7 Figura 2.2: Formación de una banda de orbitales moleculares…………………………..…….9 Figura 2.3: (a) Bandas s y p solapadas. (b) Niveles ocupados y nivel de Fermi a 0 K……..….9 Figura 2.4: Diagrama de niveles de energía de una hipotética molécula Na3………...………10 Figura

2.5:

Niveles

de

energía

del

sodio

sólido

dando

lugar

a

una

banda

pseudocontinua……..…………………………………………………….…………………...10 Figura 2.6: (a) Función de Fermi f(E) describiendo el llenado de los niveles de energía a 0 K. (b) Función de Fermi a T>0 K con estructura de un conductor eléctrico. (c) Estructura de bandas de un aislante eléctrico………………………………………………………………..12 Figura 2.7: Condensador de placas paralelas conformado por un aislante o dieléctrico entre los electrodos metálicos……………………………………….……………………..……………13 Figura 2.8: Estructura de banda de un semiconductor (Eg< 2 eV)………………….………...14 Figura 2.9: Semiconductor tipo n (banda donadora) y semiconductor tipo p (banda aceptora)……………………………………………………………………………..………..17 Figura 2.10: Unión tipo PN…………………………………………………………..…….....18 Figura 2.11: Defectos tipo Frenkel……………………………………………………………19 Figura 2.12: Defectos tipo Schottky………………….……………………………………….19 Figura 2.13: Efecto de dopaje con estaño sobre óxido de indio………………………………21 Figura 2.14: (a) Celda unitaria bixbyite. Estructuras no-equivalentes de InO6: (b) Estructura tipo 1 (octaédrica In-O). (c) Estructura tipo 2 (octaédrica In-O)………..................................22 Figura 2.15: Difracción de Rayos- X de películas de ITO depositadas sobre sustratos de PMMA con calentamiento a 70 ºC y sin calentamiento………………………………..……..23 Figura 2.16: Imágenes de sección transversal de películas de ITO. (a) Sin calentamiento del sustrato. (b) Con calentamiento del sustrato de 70 ºC………………………………………...23 Figura 2.17: Esquema de funcionamiento del equipo de pulverización catódica DC con magnetrón……………………………………………………………………………………..25 Figura 2.18: Evaporador térmico al vacío………………………………………..……...........26 Figura 2.19: Influencia de la presión parcial de oxígeno sobre la resistencia de las películas de ITO…………………………………………………………………………………………….27 Figura 2.20: Efecto del flujo de oxígeno sobre la concentración y movilidad de los portadores de carga………………………………………………………………………………………..27

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Figura 2.21: Influencia de la presión parcial de oxígeno sobre el porcentaje de transmitancia. (a) Deposición de ITO sobre PES. (b) Deposición de ITO sobre PET………………………..28 Figura 2.22: Influencia de la presión de sputtering sobre la velocidad de deposición………..29 Figura 2.23: Efecto de la presión de sputtering sobre la relación Sn/In depositada…………..30 Figura 2.24: Influencia de la presión de sputtering sobre el porcentaje de transmitancia y resistencia eléctrica de las películas de ITO…………………………………………………..30 Figura 2.25: Unidad repetitiva del PET……………………………………………….............31 Figura 2.26: Unidad repetitiva del PS cristal…………………………..……………………...33 Figura 2.27: Unidad repetitiva del PMMA……………………………………………………34 Figura 2.28: Espectroscopio IR……………………………………………………….............35 Figura 2.29: Molécula considerada como dos masas unidas por un resorte…………………..36 Figura 2.30: Tipos de vibraciones inducidas en el rango IR entre átomos unidos por enlaces covalentes …………………………………………………………………………..................37 Figura 2.31: Espectro IR del ácido carboxílico: ácido butanoico.…………………….............37 Figura 2.32: Frecuencias características para analizar un espectro IR………………………..38 Figura 2.33: Sistema óptico del espectrofotómetro UV- Visible……………………………...38 Figura 2.34: Espectrofotómetro UV-Visible…………………………………………..............39 Figura 2.35: (a) Esquema del funcionamiento de un óhmetro. (b) Multímetro digital…..........40 Figura 2.36: Sistema de dos puntas para medir la resistencia…………………….…………...41 Figura 2.37: Método de las cuatro puntas……………………………………………..............42 Figura 2.38: Microscopio electrónico de barrido……………………………………………...43 Figura 2.39: (a) Imagen obtenida con el detector de electrones secundario. (b) Imagen emitida con electrones retrodispersados. (c) Análisis químico (EDS)……………….………………..44 Figura 2.40: Esquema de las notaciones empleadas para designar las capas atómicas internas (izquierda) y las transiciones radiactivas permitidas entre ellas (derecha)……………………46 Figura 2.41: Microscopio Auger………………………………………………………………46 Figura 2.42: Probabilidad de generar electrones Auger en función del número atómico del elemento químico …………………………………………………………………………......47 Figura 2.43: Transición Auger KLL. El primer electrón fue removido de la capa K. Un segundo electrón del nivel L baja a ocupar la vacante generando un exceso de energía que es transferida a un tercer electrón ubicado en la capa L, el cual es emitido del átomo…………………………………………………………………………………..............48 Figura 2.44: Equipo de fluorescencia de rayos X por reflexión total…………………………49 Figura 3.1: Esquema sobre disco de aluminio: A la izquierda se muestran las dimensiones del disco mecanizado y a la derecha el disco con el envoltorio de In-Sn........................................52 x

Figura 3.2: Procedimiento esquemático sobre la realización del cátodo de sputtering.............53 Figura 3.3: Acoplamiento placa de acero-lámina de elastómero-marco metálico y pellets del polímero……………………………………………………………………………………….54 Figura 3.4: Partes de la prensa hidráulica y películas de polímero cortadas……….…………54 Figura 3.5: Espectrofotómetro IR……………………………………………………..............55 Figura 3.6: (a) Equipo DC- magnetron sputtering. (b) Sistema de conexiones de bombonas de Argón-Oxígeno con el equipo de sputtering……………...…………………………………...56 Figura 3.7. Plasma generado por la ionización del argón.…………………………….............57 Figura 3.8: Evaporador térmico al vacío………………………………………………………58 Figura 3.9: Multímetro digital…………………………………………………………………59 Figura 3.10: Espectrofotómetro UV- Visible………………..………………………………...60 Figura 3.11: Equipo de fluorescencia de Rayos-X por reflexión total………………………..61 Figura 3.12: Microscopio electrónico de barrido……………………………………………..61 Figura: 3.13: Microscopio Auger……………………………………………………………..62 Figura 4.1: Espectro IR de la lámina acrílica (azul) sobrepuesta al espectro del Poliestireno atáctico (rojo), indicando las principales posiciones de bandas con flechas moradas las bandas correspondientes a grupos hidrocarbonados alifáticos y las flechas azules indican el grupo aromático mono-sustituido…………………………………………………………………….63 Figura 4.2: Espectro IR de lámina de Poliestireno experimental (azul) sobrepuesta al espectro del Poliestireno atáctico reportado en la literatura (rojo)……………………………………...64 Figura 4.3: Espectro IR experimental de color azul y curva de color rojo representada por el PMMA reportado en la literatura, indicando las principales posiciones de bandas con flechas moradas las bandas correspondientes al grupo hidrocarbonado alifático y las flechas azules indican el grupo formiato éster………………………………………………………………..65 Figura 4.4: Estiramiento del grupo éster correspondiente a las bandas 1190 y 1148 cm-1: (a)Banda de mayor intensidad, (b) Banda de menor intensidad……………………..………..66 Figura 4.5: Monómero del Polimetil Metacrilato.…………………….………………………66 Figura 4.6: Espectro superior reportado en la literatura para el PET. Espectro Inferior, correspondiente a la muestra de PET obtenida experimentalmente, indicando las principales posiciones de bandas con flechas moradas las bandas correspondientes al PET y la flecha azul indica la vibración del grupo OH del agua presente en la muestra……………………………67 Figura 4.7: Espectro IR de lámina de Acetato en color azul y curva del PVC en color rojo……………………………………………………………………………………….........69 Figura 4.8: Comparación entre los espectros de la lámina de acetato y terpolímero de cloruro de vinilo/acetato de vinilo/ alcohol de vinilo…………………………….…..………………..70 xi

Figura 4.9: Terpolímero de cloruro de vinilo/acetato de vinilo/ alcohol de vinilo……………71 Figura 4.10: Gráfico característico reportado por el TXRF sobre el análisis químico de lámina de indio y estaño……………………………………………………………………………....72 Figura 4.11: Análisis químico de película de In-Sn depositada sobre reflector de cuarzo por sputtering…………………………………………………………………………...................73 Figura 4.12: Películas delgadas de ITO depositadas sobre: (a) PSc de espesor (1,233±0,004) mm. (b) PSc de espesor de (0,62±0,07) mm…………………………………………………..74 Figura 4.13: Análisis composicional de películas de ITO sobre PSc: (a) Muestra 1. (b)Muestra 3…………………………………………………….…………………………………………74 Figura 4.14: Estructura de banda hipotética: (a) Muestra 1. (b) Muestra 3…………………...75 Figura 4.15: Transmisión de luz de sustratos poliméricos en función de la longitud de onda……………………………………………………………………………………………76 Figura 4.16: Transmisión de luz en función de la longitud de onda para el sistema sustrato acrílico-película de ITO, donde M1, M2 y M3 corresponden a las muestras 1, 2 y 3 de la figura 4.12……………………………………………………………………………………..77 Figura 4.17: Transmisión de luz en función de la longitud de onda del sustrato de PS denudo y de las muestras 4 y 5 reportadas en la figura 4.12………………………….............................77 Figura 4.18: Relación entre composición química, transparencia y resistencia eléctica de las muestras 1 y 3……………………………………………………………………………........80 Figura 4.19: Análisis cualitativo de composición química de lámina In-Sn (cátodo)………...81 Figura 4.20: Energía de los electrones auger del indio, estaño, carbono y oxígeno…………..81 Figura 4.21: Transiciones del carbono del tipo KLL………………………………….............82 Figura 4.22: Determinación de los elementos presentes en la película de In- Sn depositada sobre lámina de acetato a través de evaporador térmico al vacío……………………………..82 Figura 4.23: Energía de los electrones auger del cloro………………………………………..83 Figura 4.24: Imágenes del recubrimiento de In-Sn sobre lámina de acetato - X2000: (a) Sin decapado. (b) Con decapado…………………………………………………………………..84 Figura 4.25: Elementos presentes en película de ITO depositada por sputtering en función del espesor…………………………………………………………………………………………84 Figura 4.26: Imágenes del recubrimiento de ITO sobre lámina acrílica - X2000: (a) Sin decapado. (b) Con decapado…………………………………………………….…………….85

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ABREVIATURAS Y SÍMBOLOS Conductividad eléctrica [S/m].

E : Campo eléctrico [N/C] o [V/m]. J : Densidad de corriente [A/m2]. A: Absorbancia. A: Área transversal por el cual circula una corriente [m2] Ar: Arsénico. C: Culombio. C: Velocidad de la luz [3x1010 cm/s]. CA: Corriente alterna [A]. CC: Corriente continua [A]. Cd: Cadmio. D: Densidad de carga en dieléctricos [C/m2]. DC: Corriente continua [A]. E: Nivel de energía más bajo de la banda de conducción [eV]. Ef: Nivel de Fermi [eV]. f(E): Función de Fermi. FT-IR: Espectroscopia infrarrojo por trasformada de Fourier. Ga: Galio. Ge: Germanio. I: Intensidad de corriente [A]. I: Intensidad de luz que proviene de la muestra. I0: Intensidad de rayo incidente. In: Indio. IR: Infrarrojo. ITO: Indium Tin Oxide. J: Momento angular total. xiii

K: Constante de Boltzmann [13,8x10-24 J/K]. k: Constante dieléctrica adimensional. K: Fuerza de enlace [dinas/cm]. L: Longitud [cm].

L: Número cuántico de momento angular. LED: Diodo electroluminiscentes. mH: Movilidad Hall [cm2 V-1 s-1]. n: Densidad de portadores de carga [m-3]. n: Número cuántico principal. N: Newton. Nd,a: Concentración de impurezas en semiconductores dopados. Ne: Neón. PES: Polyethersulfone. PET: Polietilen Tereftalato. PMMA: Polimetil metacrilato. PSc: Poliestireno cristal. q: Carga de los portadores [C]. R: Resistencia eléctrica [Ω]. Rc: Resistencia de contacto parásita [Ω]. RF: Radio frecuencia. Rs: Resistencia conocida [Ω]. S: Azufre. S: Distancia entre las puntas del equipo medidor de resistencia. s: Número cuántico del spin del electrón. Sb: Antimonio. Si: Silicio. Sn: Estaño. T: Temperatura [K]. xiv

t: Tiempo [s]. T: Transmitancia. UV: Ultra Violeta. V: Diferencia de potencia [V]. W: Ancho [cm]. εo: Permitividad eléctrica del vacío [8,85x10-12 F/m]. νIR: Frecuencia del haz infrarrojo [cm-1]. Ω Ohm. : Masa de átomos [g]. Movilidad de portador [m2/(V.s)]. Resistividad eléctrica [Ω.mm2/m].

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1 INTRODUCCIÓN Los óxidos son compuestos binarios que resultan de la combinación de un metal con el oxígeno, los cuales pertenecen a la familia de las cerámicas (1). No obstante, se ha creado todo una industria para obtener metales puros y evitar la oxidación de los mismos a través de diferentes métodos anticorrosivos

(1)

. Sin embargo, existen bondades de los óxidos las cuales

permiten múltiples aplicaciones industriales. (1) Los óxidos semiconductores degenerados pertenecen a la familia de materiales funcionales, los cual se fundamentan de la presencia de cationes en estados de valencia diferentes y vacancias de oxígeno, otorgando así, propiedades eléctricas, ópticas y químicas únicas. (1) En tal sentido, estos materiales han sido estudiados y puesto en prácticas en diversas aplicaciones como sensores de gases, fabricación de electrodos conductores transparentes en células solares, pantallas planas y LED orgánico; y estás nuevas tecnologías han sido poco palpables o desarrolladas en Venezuela

(2,3)

. Por consiguiente, el presente proyecto tiene la

importancia de desarrollar películas de óxido de indio dopado con estaño conocido como ITO por sus siglas en inglés Indium Tin Oxide, el cual presenta excelentes propiedades de transparencia y conducción eléctrica (3). Asimismo, el objetivo general del presente proyecto es implementar una metodología a seguir para la fabricación de películas ultra delgadas de óxido de indio dopado con estaño sobre sustratos poliméricos los cuales permiten obtener productos con cierta flexibilidad, ligeros y con buena resistencia al impacto en comparación a los sustratos de vidrio comúnmente utilizados (4). Dentro de los objetivos específicos se encuentran los siguientes: Adiestramiento para la utilización de los siguientes equipos: magnetron sputtering, evaporador térmico al vacío, espectrofotómetro UV-visible, fluorescencia de Rayos-X por reflexión total, microscopio electrónico de barrido, microscopio auger, multímetro y el espectrofotómetro FTIR. Procurar las condiciones óptimas para la deposición de ITO en láminas de diferentes materiales poliméricos: poliestireno cristal, polimetil metacrilato, polietilen tereftalato, lámina acrílica y lámina de acetato, para luego poder seleccionar el material donde se evidencie las mejores propiedades electro-ópticas.

Caracterización de las películas de óxido de indio y estaño, específicamente, cuantificar la resistencia eléctrica, la transparencia y la composición química. Por último, es importante señalar que la transparencia y conducción eléctrica de estos materiales se fundamenta en la estructura de bandas y en las vacancias de oxígeno, sin embargo, esto será explicado con detalles en los siguientes capítulos (2).

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CAPÍTULO I DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA

I.1. Introducción. La UGTS es la Unidad de Gestión de Tecnologías en Salud operativa adscrita a FUNINDES-USB (Fundación de Investigación y Desarrollo de la Universidad Simón Bolívar) ubicada en el valle de Sartenejas, destinada a llevar a cabo la ejecución de proyectos de ingeniería en el área de Salud mediante convenios suscritos con el Ministerio de Salud y Desarrollo Social (MSDS), el Instituto Venezolano de los Seguros Sociales (IVSS), la Corporación de Salud de los estados Miranda y Aragua, y la Organización Panamericana de la Salud junto con el American College of Clinical Engineering. (5). La misión de la unidad es desarrollar las áreas de ingeniería clínica, ingeniería biomédica, biofísica y física médica a nivel nacional, promoviendo el trabajo interdisciplinario entre la biología, la física, la medicina y la ingeniería (5). Asimismo, la UGTS realiza proyectos de extensión para los centros médicos asistenciales del país, creando sistemas de mantenimiento necesarios para su buen funcionamiento a través de la Unidad de Laboratorio, además de trabajar en la Certificación de Equipos Médicos (5). I.2. Reseña Histórica. FUNINDES promueve la vinculación de las capacidades científicas, humanísticas y tecnológicas de la Universidad Simón Bolívar hacia las necesidades y demandas de los diferentes sectores productivos impulsando la investigación, el desarrollo y la innovación en el país (5). De tal forma, para cumplir con dicha misión se crearon las Unidades de Gestión (5). En 1974, ante las autoridades de la Universidad Simón Bolívar se plantea un anteproyecto para integrar un equipo de investigación multidisciplinario y el desarrollo de un laboratorio de ingeniería de sistemas internos y externos de respuestas en organismos vivos (5)

. Como respuesta, en esa época, al anteproyecto el Rector Ernesto Maíz Vallenilla prestó

toda la ayuda académica para que el mismo se convirtiera en realidad (5). 3

En el año 75, se crea la Sección de Biofísica adscrita al Laboratorio “D” y en 1982 se organiza el Grupo de Bioingeniería y Biofísica Aplicada (GBBA), el cual se dedica al desarrollo de la Ingeniería Biomédica (pero de manera específica en el procesamiento de imágenes, inteligencia artificial, desarrollo de prototipos, estudio de sistemas biológicos, etc.) (5)

. La Fundación de Investigación y Desarrollo de la Universidad Simón Bolívar

(FUNINDES) se crea en 1986 con el fin de vincular las capacidades científicas y tecnológicas de la USB con el sector productivo del país, tanto público como privado

(5)

. Todas estas

organizaciones dieron lugar a que en 1996, se crea la Unidad de Gestión de Tecnologías en Salud (UGTS), la cual se adscribe a FUNINDES para el desarrollo de Proyectos de Ingeniería en el Área de la Salud cuyo fundador es el Profesor Luis Lara Estrella, y desde entonces, con la participación de una serie de profesores, investigadores y estudiantes, la UGTS transfiere sus conocimientos en materia de bioingeniería a la comunidad nacional donde las empresas aportarían el financiamiento para la ejecución de los proyectos (5).

I.3. Objetivos de UGTS. Los objetivos de UGTS son: (5) Brindar asistencia técnica y asesoría a las instituciones prestarías de salud (públicas o privadas), aportándoles soluciones a los problemas que enfrentan en relación con las tecnologías que disponen (infraestructura, instalaciones industriales, equipamiento médico, redes de comunicación, hotelería clínica, servicios públicos, entre otros). Garantizar, desde el punto de vista de ingeniería, la calidad de la atención médica prestada mediante el uso seguro y eficiente de cada una de las tecnologías usadas para el diagnóstico, monitoreo y tratamiento de los pacientes atendidos en dichos centros. Difundir los conocimientos en el área a través de postgrados, diplomados, cursos o talleres para el personal del área de ingeniería o áreas conexas, exhortándolos a velar por el óptimo funcionamiento del equipamiento industrial y la planta física, de los centros de salud del país.

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I.4. Proyectos Realizados por la UGTS. La UGTS ha registrado 33 proyectos con diferentes instituciones, desde 1992 hasta la actualidad, donde el primero fue realizado en Octubre del 92 fundamentado en la Modernización de Hospitales de los estados Miranda y Distrito Capital

(5)

. Posteriormente, se

llevaron a cabo otros proyectos como el de Ingeniería Clínica para el Hospital de Niños “Dr. J.M. de Los Ríos”, Plan Maestro para los Hospitales General del Sur y de Cabimas, Plan de Evaluación de los Ambulatorios del Estado Zulia, Proyecto de Diseño Arquitectónico y de Ingeniería del Hospital General del Sur y Hospital de Cabimas del Estado Zulia, Desarrollo del Laboratorio de Telemática Aplicada, Desarrollo de un documento que contenga la estrategia de un “Plan Maestro a Seguir para Alcanzar la Soberanía Tecnológica en Nanotecnología”, Proyecto de Tecnología de Información y Computación aplicadas a la Salud en Venezuela, Creación de un Quirófano de Telemática Integrada en el Hospital Militar “Dr. Carlos Arvelo”, entre otros

(5)

. El proyecto de mayor auge fue el logrado gracias a un

préstamo de 200 mil bolívares otorgado por la Comunidad Económica Europea (CEE), permitiendo trabajar con 25 hospitales en todo el país, los cuales fueron asesorados en las áreas de oncología, radiología, cardiología y obstetricia. (5) Actualmente, el equipo de trabajo de la UGTS está encabezado por los profesores Luis Lara Estrella, Rodrigo Mijares y Ricardo Silva, complementado con un equipo de profesionales integrados por: Alexis Maldonado, Antonio D´ Alessandro, Suzanne Armengol, Carlos Valero, Zhayda Sierra, Rubén Lugo, Leicy Hernández y Ricardo Matute. (5)

5

CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO

II.1. Introducción de Semiconductores. Un semiconductor es un material que tiene una conductividad entre los conductores y los aislantes (6). Para poder comprender el comportamiento de un semiconductor, se explicará cuando un material es un conductor eléctrico y cuando es un aislante eléctrico.

II.1.1. Conductor Eléctrico. La conducción eléctrica en materiales tiene lugar por medio de especies a escala atómica denominadas portadores de cargas (7). El portador más característico es el electrón el cual posee una carga negativa de 1,6x10-19 C

(7)

. Un concepto abstracto de portador de carga

es el hueco electrónico que consiste en la ausencia de un electrón en una nube de electrones, en consecuencia, la carga es la misma del electrón pero positiva

(7)

. Los huecos electrónicos

juegan un papel importante en los materiales semiconductores y esto será discutido en el capítulo II.1.3. Un conductor eléctrico en un material que puesto en contacto con un cuerpo cargado de electricidad, éste la trasmite a todos los puntos de la superficie del mismo, es decir, es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de una corriente eléctrica, la cual varía con la temperatura

(7,8)

. Este comportamiento es característico de elementos, aleaciones o

compuestos con electrones libres los cuales permiten el movimiento de cargas con baja resistencia. (7) Dentro de los materiales con buenas propiedades eléctricas se encuentran los metales (plata, oro, cobre, aluminio, entre otros), el grafito, soluciones salinas y cualquier material en plasma. (7) La conductividad es inversamente proporcional a la resistividad y su unidad es S/m. (siemens por metro). (8) 1

Donde,

es la conductividad y

es la resistividad [Ω.mm2/m]. (8) 6

Ec. 1

Otra expresión matemática sobre la magnitud de la conductividad es la siguiente: (7)  J

 E

Ec. 2

  Donde J es la densidad de corriente de conducción [A/m2] y E la magnitud del

campo eléctrico [N/C]

(7)

. De igual forma, la conductividad se puede expresar como el

producto de la densidad de portadores de cargas n [m-3], la carga de los mismos q [Culombio], y la movilidad de cada portador

m2/ (V.s)]

(7)

nn.qn.

n+

np.qp.

Ec. 3

p

Los subíndices n y p hace referencia a los portadores de carga negativos y positivos (7). En cambio, la resistividad representa el grado de dificultad que encuentre los electrones en sus movimientos y por lo general, en los metales aumenta con la temperatura, mientras en los semiconductores disminuyen con el aumento de la temperatura

(7,9)

. Un

concepto relacionado con la resistividad y que es de gran importancia al evaluar las propiedades eléctricas de un cuerpo es la Resistencia Eléctrica, simbolizada con la letra R y es definida como la oposición que representa un cuerpo al paso de la corriente eléctrica

(8)

.

Esta es medida en ohmios [Ω] y para medirla existen diferentes métodos donde el más común es el uso del ohmímetro o multímetro, los cuales serán explicados en el capítulo II.3.3. (9) Cabe destacar que la resistividad es una propiedad característica de un determinado material e independiente de la geometría del mismo: (9)

R. A l

Ec. 4

Donde A es el área y l es la longitud. (9) Es importante señalar la diferencia entre comportamiento ideal y real de una resistencia. Obsérvese el circuito de la figura 2.1. (10) R

i(t)

u(t) Figura 2.1: Circuito eléctrico con resistencia. (10) 7

Una resistencia ideal es cuando un elemento disipa la energía en forma de calor según la ley de Joule, es decir, que con el paso de una corriente eléctrica parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor ocasionando la elevación de la temperatura del mismo

(10)

. La idealidad

establece una relación entre la intensidad de corriente que atraviesa una resistencia R originando una diferencia de potencia u(t)

(9,10)

. A ésta relación se le conoce con el nombre de

Ley de Ohm. (9,10) u(t)= R. i(t)

Ec. 5

En cambio, por lo general una resistencia real podría tener diferentes comportamiento en función del tipo de corriente, es decir, si es corriente continua (CC) o corriente alterna (CA). (9,10) Una resistencia real con el paso de una corriente continua presenta el comportamiento como si ésta fuera ideal, transformando la energía eléctrica en calor, en consecuencia, la ley de Ohm se estable de la siguiente forma: (9,10) V= R. I

Ec. 6

Donde “V” es la diferencia de potencia en voltios, “R” la resistencia en ohmios e “I” la intensidad de corriente en amperios. (9,10) En caso de que la corriente no fuese continua, a bajas frecuencias se comporta como una resistencia ideal pero a elevadas frecuencias va aumentando la resistencia a medida que aumenta la frecuencia aplicada. (9,10) Ahora bien, la conductividad en medios sólidos según la teoría de bandas de energías postula que los materiales conductores son aquellos en los que las bandas de valencia y conducción se superponen formando una nube de electrones libres causante de la corriente cuando el material se somete a un campo eléctrico. (7) La estructura electrónica de los sólidos metálicos es configurada por los electrones de valencia que se distribuyen a través de toda la estructura

(7)

. Una banda es el resultado del

solapamiento de un gran número de orbitales atómicos, los cuales conducen a los orbitales moleculares

(7)

. Las bandas se encuentran separadas entre sí mediante espacios energéticos lo

cuales no le corresponde ningún orbital molecular

(7)

. Por ejemplo: suponiendo que existen

dos átomos y cada átomo posee un orbital tipo s, y cada orbital tipo s se solaparan conduciendo a la formación de orbitales moleculares, uno de enlace y otro de anti-enlace 8

(7)

.

El solapamiento de 3 átomos forma 3 orbitales moleculares: uno de enlace, otro de no enlace y el anti-enlace (7). De tal forma, que cuando el conjunto está formado por N átomos se obtiene N orbitales moleculares (7). La diferencia de energía entre los N orbitales moleculares es tan pequeña que se forma una banda o continuo de niveles de energía (7).

Figura 2.2: Formación de una banda de orbitales moleculares. (7)

(a)

(b)

Figura 2.3: (a) Bandas s y p solapadas. (b) Niveles ocupados y nivel de Fermi a 0 K. (7) En la figura 2.3, se menciona el nivel de Fermi a una temperatura de 0 Kelvin el está representado por el orbital molecular de mayor energía ocupado (7). Asimismo, la banda de menor energía que se encuentra ocupada o semi-ocupada se llama Banda de Valencia y la banda de menor energía que se encuentra vacía se conoce como Banda de Conducción. (7) Cuando la banda de valencia no está completamente ocupada, los electrones que se encuentran próximos al nivel de Fermi pueden fácilmente moverse a niveles vacíos que se encuentran inmediatamente por encima de esté nivel, dando como resultado la movilización 9

libre de los electrones a través del sólido, formando un buen conductor eléctrico

(7)

. Esto

implica que necesariamente para que existiese conducción se requiere incrementar la energía de los electrones hasta un nivel por encima del nivel de Fermi (niveles vacíos), donde la energía térmica es suficiente para hacer ascender los electrones

(7)

. Obsérvese el siguiente

caso con un átomo de sodio. La configuración electrónica es 1s2 2s2 2p6 3s1 de acuerdo al su número atómico. (7)

Figura 2.4: Diagrama de niveles de energía de una hipotética molécula Na3. (7) En la figura 2.4 se evidencia tres orbitas asociadas con el nivel de energía 2p y cada una de las orbitas 1s, 2s y 2p están ocupadas por dos electrones

(7)

. Sin embargo, los tres

electrones de las orbitas externas están afectados por el Principio de exclusión de Pauli, el cual postula que dos electrones no pueden ocupar el mismo estado

(7)

. El resultado es una

división del nivel de energía 3s en tres niveles ligeramente diferentes donde la banda de energía del electrón de valencia en el sólido metálico se encuentra medio llena, permitiendo una gran movilidad de los electrones de las órbitas externas a través del sólido (7).

Figura 2.5: Niveles de energía del sodio sólido dando lugar a una banda pseudocontinua. (7) 10

A continuación, se muestra valores de conductividad y resistencia eléctrica de algunos metales comunes. (7) Tabla 2.1: Valores de conductividad y resistencia eléctrica de metales a 20ºC. (7) Metal

Conductividad (s.m-1)

Resistencia (Ω.m)

Plata

63,01x106

1,55x10-8

Cobre

59,6 x106

1,70x10-8

Oro

45,5x106

2,22x10-8

Aluminio

37,8x106

2,82x10-8

II.1.2. Aislante Eléctrico. Los aislantes son materiales con baja conductividad cuyos valores típicos se encuentran en el orden de 10-10 a 10-16 Ω-1.m-1 (7). La reducción de la conductividad es debido a una separación entre bandas mayores que 2 eV, mientras en los metales esta separación es nula, en consecuencia, la densidad de portadores de carga ne es muy pequeña

(7)

. Por lo

general, la pequeña conductividad en los aislantes se debe a los electrones asociados con las impurezas y no a los electrones que han superado la brecha energética gracias a la excitación térmica. (7) Cuando todos los electrones de valencia de un material con enlaces covalentes son compartidos por los átomo adyacentes en resultado es que la banda de valencia se encuentra llena

(7)

. Este caso hace referencia al carbono con estructura de diamante, donde la banda de

valencia corresponde con el nivel híbrido sp3, es decir, en vez de ser 1s2 2s2 2p2 los electrones se redistribuyen para dar lugar a la geometría característica del enlace entre átomos de carbono, 1s2 2s1 2p3. (7) Para poder diferenciar las distribución de bandas de un conductor y un aislante eléctrico, primero se definirá la Función de Fermi, f(E). Ésta se define como la probabilidad de encontrar un electrón a un determinado nivel de energía el cual puede tomar valores entre 0 y 1. (11) f (E)

1 e

( E Ef ) / KT

1

Ec. 7

Donde, K es la constante de Boltzmann [13,8x10-24 J/K], T la temperatura [K], Ef el nivel de Fermi y E el nivel más bajo de la banda de conducción. (11) 11

En la figura 2.6, se puede observar que a 0 K, todos los niveles de energía por debajo de Ef están completamente llenos y por encima totalmente vacíos

(11)

. Cuando la temperatura

es mayor que 0 K, la función de Fermi indica el ascenso de algunos electrones por encima de Ef

(11)

. Sin embargo, en el caso de un aislante el Ef está en el centro de la zona de separación

entre bandas de energía. (11)

(a)

(b)

(c) Figura 2.6: (a) Función de Fermi f(E) describiendo el llenado de los niveles de energía a 0 K. (b) Función de Fermi a T>0 K con estructura de un conductor eléctrico. (c) Estructura de bandas de un aislante eléctrico. (11) Por otro lado, la figura 2.7 muestra la distribución de cargas típica de los aislantes o dieléctricos donde existe una alineación de dipolos eléctricos en el interior del mismo

(7)

. En

tal sentido aparece una densidad de carga D [C/m2] la cual es directamente proporcional al campo eléctrico aplicado E [V/m]: (7)

D

o

.k.E

Ec. 8

Donde k es una constante adimensional del material denominada Constante Dieléctrica y

es la Permitividad Eléctrica del vacío [8,85x10-12 F/m]. (7)

12

En un dieléctrico existe un gradiente de voltaje límite en el cual aparece un apreciable flujo de corriente, lo que implica que el dieléctrico falla (ruptura) y a esto se le denomina Resistencia Dieléctrica. (7)

2.7: Condensador de placas paralelas conformado por un aislante o dieléctrico entre los electrodos metálicos. (7)

Tabla 2.2: Valores de conductividad de aislantes cerámicos y polímeros a temperatura ambiente. (7) Metal

Conductividad (s.m-1)

Óxido de Aluminio

10-10- 10-12

Nailon 66

10-12- 10-13

Vidrio Borosilicato

10-13

Polietileno

10-12- 10-15

II.1.3. Semiconductores.

Como se mencionó en la introducción del capítulo II, un semiconductor es un material con conductividad intermedia entre conductores y los aislantes cuyos valores se encuentran entre 10-4 a 104 Ω-1.m-1, donde este rango de conductividad intermedia se debe a la separación entre bandas de energía menores de 2 eV

(6)

. En un semiconductor simple tanto los electrones

como los huecos electrónicos son portadores de cargas elementos semiconductores de la tabla periódica. (6)

13

(6)

. A continuación, se muestra los

Tabla 2.3: Semiconductores de la tabla periódica. (6) Elemento Cd Al, Ga, B, In Si, C, Ge P, As, Sb Se, Te, S

Grupo II B III A IV A VA VI A

Electrones en la Última Capa 2 e3 e4 e5 e6 e-

El elemento semiconductor más utilizado es el silicio, elemento número 14 situado debajo del carbono en la tabla periódica, el cual forma un sólido de enlace covalente con la misma estructura cristalina que el carbono (6,7). Sin embargo, la principal diferencia es que el silicio tiene una menor separación entre bandas, es decir, la brecha energética Eg = 1,107eV, mientras, la del diamante es 6eV

(6,7)

. Como consecuencia, la energía térmica produce el

ascenso a un número de electrones pequeño a la banda de conducción produciendo huecos electrónicos en la banda de valencia, es decir, estos dos portadores de cargas producen la conductividad intermedia del silicio. (6,7)

Figura 2.8: Estructura de banda de un semiconductor (Eg < 2eV). (6) Tabla 2.4: Valores de conductividad de semiconductores a temperatura ambiente. (6) Metal

Conductividad (s.m-1)

Silicio (alta pureza)

4x10-2

Germanio (alta pureza)

2

Sulfato de plomo

38,4

14

II.1.3.1. Tipos de Semiconductores. Los semiconductores se clasifican en intrínsecos y extrínsecos, y sus principales características se describen a continuación. (6) II.1.3.1.1. Semiconductores Intrínsecos. Se llama semiconductores intrínsecos a los semiconductores elementales simples referentes a la tabla periódica, específicamente los elementos mencionados en la tabla 2.3, por ejemplo: el silicio. (1,6) Una expresión general para la conductividad de este tipo de semiconductores es la siguiente: (1,6) n.q.(

e

h

)

Ec. 9

Donde n es la densidad de electrones de conducción, lo cual es igual a la de los huecos electrónicos, q es la magnitud de la carga del electrón, igual en magnitud a la carga del hueco electrónico (1,6x10-19 C),

e

la movilidad de un electrón de conducción y

h

la movilidad de

un hueco electrónico. (1,6) Tabla 2.5: Propiedades de algunos semiconductores intrínsecos a temperatura ambiente. (1) Separación entre

Movilidad del

Movilidad del hueco

bandas de energía (eV)

electrón [m2/V.s]

electrónico [m2/V.s]

Si

1,107

0,140

0,038

Ge

0,660

0,364

0,190

Material

En la tabla 2.5, se puede observar que

e

es mayor que

h,

ya que se conoce que los

movimientos cooperativos de los electrones de valencia representando por

h

es un proceso

substancialmente más lento que el movimiento del electrón de conducción, representado por e

(1,6)

. Ahora bien, el movimiento de un hueco electrónico en una determinada dirección es

sólo una representación de los electrones de valencia que se han desplazado en dirección opuesta. (1,6)

15

II.1.3.1.2. Semiconductores Extrínsecos. Un semiconductor extrínseco es aquel en el que se han introducido pequeñas cantidades de una impureza con el objeto de aumentar la conductividad eléctrica del material a la temperatura ambiente, es decir, se realiza un dopaje (1,6). Sin embargo, para que el dopaje sea efectivo el nivel o cantidad del elemento a añadir no debe ser muy alto, donde se recomienda 1 átomo por cada 109 átomos del material de partida

(1,6)

. A su vez, un

semiconductor extrínseco puede ser tipo n o tipo p. (1,6) El caso tipo n, se observa cuando el número de portadores negativos (los electrones) puede aumentar si se dopa el material con átomos de un elemento que tenga más electrones de valencia que el que compone dicho material semiconductor

(1)

. Por ejemplo: Si se introducen

átomos de arsénico ([Ar]4s24p3) en un cristal de silicio ([Ne]3s23p2), se habrá añadido un electrón extra por cada átomo de arsénico que sustituye al de silicio

(1,6)

. Los átomos

donadores de arsénico suficientemente alejados unos de otros por la baja concentración de los mismos, formarán una banda muy estrecha que se encuentra próxima en energía a la banda de conducción del silicio. (1) De tal forma, a temperatura ambiente, algunos de los electrones de la banda del arsénico pasarán a la banda de conducción del silicio formando al semiconductor tipo n, donde la letra “n” indica que los portadores de cargas son los electrones (carga negativa). (1,6) El segundo caso, hace referencia a los semiconductores tipo p, donde ocurre el proceso de dopaje inverso el cual consiste en sustituir átomos de silicio por átomos de un elemento que tenga menos electrones en su capa de valencia, como por ejemplo el Ga ([Ar]4s24p1) (1). La sustitución de un átomo de silicio por uno de galio introduce un hueco en el sólido y los átomos de Ga forman una banda aceptora que se encuentra muy cerca de la banda de valencia del silicio (1). A temperatura ambiente los electrones de la banda de valencia del silicio pasan a la banda aceptora del galio, ocasionando la formación de huecos en la banda de valencia del silicio

(1)

. En consecuencia, los responsables de la conductividad eléctrica en el ejemplo de

silicio dopado con galio son los huecos electrónicos y por ello a este semiconductor se le denomina de tipo p. (1,6)

16

Figura 2.9. Semiconductor tipo n (banda donadora) y semiconductor tipo p (banda aceptora)(1) En conclusión, el efecto del dopaje consiste en introducir niveles de energía en la banda prohibida entre la banda de valencia llena del silicio y la banda de conducción del nivel más alto. Estos niveles donadores o aceptadores reducen de manera efectiva la banda prohibida y facilitan la conducción (1,6). El término donador se debe a que en los materiales de tipo n cada átomo dopante dona un electrón. Del mismo modo, aceptador proviene del hecho de que en los materiales de tipo p cada átomo dopante acepta un electrón (o es un hueco). (1,6) La conductividad de un semiconductor extrínseco puede ser obtenida de la siguiente expresión: (1) Tipo n:

q.N d .

Tipo p:

q.N a .

Ec. 10

e

Ec.11

p

Donde q es la magnitud de la carga de los portadores [1,6x10-19 C], Nd y Na son las concentraciones de impurezas en semiconductores dopados y tienen un valor típico de 1022 átomos donadores o aceptores por m3, lo que implica una concentración 5 y 6 veces mayor que la de los semiconductores intrínsecos. (1) Tabla 2.6: Propiedades de algunos semiconductores extrínsecos a temperatura ambiente. (1) Material

Separación entre

Movilidad del 2

Movilidad del hueco

bandas de energía (eV)

electrón [m /V.s]

electrónico [m2/V.s]

CdS

2,59

0,034

0,0018

GaAs

1,47

0,720

0,020

InSb

0,17

8,00

0,045

17

Ahora bien, las propiedades más interesantes de estos semiconductores surgen de la interacción de los transportadores de carga en la zona de contacto entre materiales tipo n y p (12)

. Una unión PN es un material dopado tipo p y se coloca junto a un material dopado tipo n

formando lo que se conoce como un diodo.(12)

Figura 2.10: Unión tipo PN. (12) En la figura 2.10, se observa a la izquierda la configuración de los dopantes sin tocarse, sin embargo, cuando se unen las cargas, los huecos que se encuentran en la interacción se combinan y se aniquilan creando una zona de agotamiento alrededor de la unión, por lo tanto, la estructura de la red permanece neutral. (12) La aniquilación de las cargas libera energía y ésta puede ser utilizada para generar fotones de luz, por ejemplo: los diodos electroluminiscentes o LED

(12)

. Asimismo, la luz

puede ser utilizada para crear transportadores, como en el caso de los fotodiodos y los fototransistores. (12)

II.1.3.1.3. Óxidos Semiconductores. Los productos de oxidación involucran a más de un elemento en la red cristalina, es decir, estos se encuentran integrados por sub-redes, una aniónica y otra catiónica, las cuales presentan defectos electrónicos y pueden tener una estructura de bandas característica de un semiconductor

(13)

. Por otro lado, los óxidos pueden ser estequiométricos y no-

estequiométricos; y la diferencia se basa en que los no-estequiométricos poseen un exceso o deficiencia de aniones o cationes en la red cristalina, mientras los estequimétricos no. (13) Sin embargo, los óxidos estequiométricos pueden tener los siguientes tipos de defectos: (7) 18

Frenkel: La red cristalina posee metal intersticial con vacancia metálica u oxígeno intersticial con vacancia de oxígeno

(7)

. De acuerdo a la notación de Krôger- Vink, la

letra“i” hace referencia al intersticio, “V” significa vacancia, (”) representa la carga negativa y (..) carga positiva

(7)

. Por lo tanto, a este tipo de defecto se denota de la

siguiente forma: (7) Mi.. +VM” Oi”+ VO..

Figura 2.11: Defectos tipo Frenkel. (7) Schottky: La red cristalina posee vacancias aniónicas y vacancias catiónicas, donde la concentración de las vacancias son igual para ambas sub-redes y se denota de la siguiente forma: (7) VM”+VO.. CVM”=CVO..

Ec. 12

Figura 2.12: Defectos tipo Schottky. (7) Por otro lado, la estructura de defectos de los óxidos no- estequiométricos pueden presentarse de las siguientes formas, donde para compensar las cargas de los defectos en estos tipos de óxidos, aparecen los electrones libres o huecos electrónicos: (13)

19

Tabla 2.7: Defectos generados en óxidos no-estequiométricos. (13) Semiconductor tipo n

Semiconductor tipo p

Exceso de cationes: M1+x O.

Vacancias de cationes: M1-x O.

Defectos: Mi.., e-.

Defectos: VM”, h.

Ejemplos: ZnO, CdO, MgO, TiO2,

Ejemplos: Cr2O3, FeO, CoO,

V2O5, Fe2O3, SnO2.

Cu2O, MnO.

Vacancias de oxígeno: MO1-x.

Exceso de oxígeno: MO1+x.

Defectos: VO.., e-.

Defectos: Oi”, h.

Ejemplos: ZrO2,TiO2.

Ejemplo: UO2+x.

II.1.3.1.3.1. Óxido de Indio Dopado con Estaño. El óxido de indio dopado con estaño (ITO, Indium Tin Oxide) es una solución sólida de óxido de indio (In2O3) y óxido de estaño (SnO2), cuya composición típica es 10% de SnO2 y 90% de In2O3 en peso (14). Éste óxido es particular por ser transparente en forma de películas delgadas y a medida que el óxido confiere la forma de un sólido (bulk) se torna color amarillento a gris (14). Asimismo, posee buenas propiedades de conducción eléctrica, debido a dos factores fundamentales: Es un semiconductor tipo n debido a la sustitución de átomos de indio (III) por átomos de estaño (IV) generando un electrón extra y libre para la conducción, sin una significante reducción de la transmitancia. (14) Óxido no-estequiométrico del tipo MO1-x, es decir, son estables las vacancias de oxígeno y cada vacante genera dos electrones en la banda de conducción para satisfacer la neutralidad de carga. No obstante, una alta deficiencia de oxígeno disminuye la transmitancia óptica. (14) Se ha reportado que la resistividad del ITO puede alcanzar valores entre (2-4) x10-4 Ω.cm, debido a la alta concentración de portadores y a localización del nivel de Fermi (Ef) por encima del nivel de conducción

(14)

. La estructura de bandas del ITO se asume que es

parabólica, como se muestra en la Figura 2.13: (14)

20

Energía

In2O3

In2O3 dopado con Sn

Figura 2.13: Efecto de dopaje con estaño sobre el óxido de indio. (14) Una forma de representar la sustitución del indio y las vacancias de oxígeno es la siguiente: In2-xSnxO3-2x (14). Las películas de ITO tienen un parámetro de red cercano al In2O3 y se sitúa en el rango de 10,12 a 10,31Å. (14) Es importante resaltar, que el estaño también tiene valencia +2, lo cual tiene una incidencia directa sobre la conductividad final del ITO

(14)

. Con el menor estado de valencia

existe una reducción significativa de la concentración de los portadores de carga lo que implica una disminución en la conducción eléctrica. (14) Ahora bien, para la deposición de películas delgadas de ITO existen diferentes técnicas que han sido desarrolladas a través de los años y de acuerdo a la utilizada se han obtenido diferentes resultados. (14) Tabla 2.8: Características de películas de ITO depositadas por diferentes técnicas. (14) Técnica de deposición

Espesor [Å]

Movilidad Hall mH [cm2V-1s-1]

Concentración de Portadores N [cm-3]

Resistividad [Wcm]

Transmitancia [%]

r.f. Sputtering

7000

35

6,0E+20

3,0E-04

90

r.f. Sputtering

5000

12

1,2E+21

4,0E-04

95

r.f. Sputtering Magnetron Sputtering

4000

25

3,0E+20

8,0E-04

-

800

26

6,0E+20

4,0E-04

85

d.c. Sputtering Reactive Evaporation

1000

35

9,0E+20

2,0E-04

85

2500

30

5,0E+20

4,0E-04

91

Ion Beam Sputtering

600

26

2,0E+20

1,2E-03

-

Spray Pyrolysis

3000

45

5,0E+20

3,0E-04

85

De acuerdo a diferentes estudios realizados sobre las películas de ITO, la alta conductividad se debe fundamentalmente a la alta concentración de portadores, N, en lugar de 21

una alta movilidad de Hall, mH

(15)

, tomando en cuenta que la resistividad es inversamente

proporcional a la concentración y movilidad de los portadores conforme a la ley de Ohm. (15) = (1 /

= 1 / (qN mH)

Ec. 13

No obstante, se ha demostrado que tanto la movilidad como la concentración de portadores aumentan a medida que aumenta la cristalinidad de las películas depositadas donde a su vez, la cristalinidad es mejorada con el aumento de la temperatura del sustrato. (16 ) De acuerdo a análisis de difracción de rayos-X, el ITO posee una estructura cúbica bixbyite, la cual corresponde al óxido de indio, a pesar que el estaño sustituya algunas posiciones del indio dentro de la red (17). Inicialmente, la estructura del óxido de indio consiste de 80 átomos en la celda unitaria y posee un parámetro de red de 1 nm en un arreglo basado con grupos de coordinación InO6

(17) .

La estructura está estrechamente relacionada con la

estructura de la fluorita, donde posee un arreglo cúbico centrado en las caras de cationes con posiciones intersticiales en tetraedro de aniones

(17)

. La estructura bixbyite es similar, excepto

que la coordinación MO8 de la fluorita es remplazada con unidades de oxígeno faltantes en el cuerpo o en la cara diagonal

(17)

. La eliminación de dos oxígenos en la estructura ocasiona el

desplazamiento del catión del centro del cubo y de esta manera, el indio es distribuido en dos sitios no equivalentes, donde ¼ de los átomos se ubican en los sitios tipo 1 y ¾ en los sitios tipo 2 (ver figura 2.14) (17)

(a)

(b)

(c)

Figura 2.14: (a) Celda unitaria bixbyite. Estructuras no-equivalentes de InO6: (b) Estructura tipo 1 (octaédrica In-O). (c) Estructura tipo 2 (octaédrica In-O). (17) 22

Los patrones de difracción de rayos-X de las películas ITO se muestran en la figura 2.15, donde ningún pico de difracción característico del ITO fue identificado y sólo la naturaleza amorfa de sustrato de polímero se observó cuando las películas fueron depositadas sin calentamiento del sustrato, mientras que películas depositadas con calentamiento del sustrato mostraron cristalinidad y la orientación preferencial en (222), (400), (440) y (622)

(3)

. Esto

implica que las películas de ITO depositadas con temperaturas del sustrato mayor a temperatura ambiente o con tratamiento de recocido después de la deposición, presentan una mejora en la conductividad ya que conduce a una estructura policristalina con tamaños de granos uniformes

(3)

. De igual forma, se ha observado que la temperatura del sustrato puede

ser muy determinante como para obtener ITO amorfo en casos de realizar deposiciones a temperaturas ambiente (3).

Figura 2.15: Difracción de Rayos- X de películas de ITO depositadas sobre sustratos de PMMA con calentamiento a 70ºC y sin calentamiento. (3) La microestructura de las películas de ITO se ha caracterizado con observaciones de la sección transversal a través del Microscopio Electrónico de Barrido (3). Granos con estructura tipo columna son claramente visibles en la película depositada con calentamiento del sustrato, en cambio, en películas sin calentamiento ningún tipo de grano se observó. (3)

Figura 2.16: Imágenes de sección transversal de películas de ITO. (a) Sin calentamiento del sustrato. (b) Con calentamiento del sustrato de 70ºC. (3) 23

La caracterización y propiedades del ITO son de gran importancia debido a las cuantiosas aplicaciones funcionales como las siguientes: lentes de cámara, dispositivos biológicos, dispositivos fotovoltaicos, células solares, electrodos tranparentes para baterías solares, recubrimientos anti- reflectantes, pantallas de cristales líquidos, pantallas de plasma, sensores de imágenes.

(3,18,19)

II.1.3.1.3.1.1. Principales Técnicas de Deposición de Películas Delgadas de ITO. Se ha reportado numerosas técnicas para la deposición de ITO sobre sustratos poliméricos, como por ejemplo: pulverización catódica (magnetrón) DC o RF pulverización con haz iónico pulsado

(20)

, evaporación con haz electrónico

(2,3,4,19)

,

(14)

, deposición por láser

(14)

, evaporación térmica reactiva con plasma de radiofrecuencia (rf-Perte)

(21)

, entre

otros. Éstas técnicas son conocidas por sus nombres en inglés: DC o RF magnetron sputtering, ion beam sputtering, electron beam evaporation, pulsed laser deposition, y, the radio

frequency

plasma

enhanced

reactive

thermal

evaporation

(r.f.-PERTE)

respectivamente. Sin embargo, debido a las limitaciones para la accesibilidad de algunos equipos de deposición de ITO, en el presente proyecto se utilizaron dos técnicas: pulverización catódica DC-magnetrón y evaporación térmica al vacío. II.1.3.1.3.1.1.1. Pulverización Catódica DC-Magnetrón. Está técnica conocida como DC magnetron sputtering, consiste en la erosión de un blanco (target) a través de impacto iones de un gas (plasma), usualmente argón por sus características inertes

(22)

. El sistema consta de un ánodo y un cátodo (target) donde se aplica

una alta diferencia de potencial generando la ionización del gas de sputtering en el vacío, es decir, el argón neutro se descompone en Ar+ y e- (22). No obstante, la diferencia de potencial es suficiente para genera el plasma en la cámara de sputtering pero no para mantenerlo

(22)

. De

tal forma, para optimizar el proceso y mantener la ionización de argón, se utiliza imanes que producen un campo magnético y confina los movimientos de los electrones cerca del cátodo (22)

. Esto trae como consecuencia los siguientes puntos:

24

1. Tener los electrones en el vacío en constante movimiento para aumentar la probabilidad de choque con otros átomos de argón neutro para seguir ionizando el gas de sputtering. (22) 2. Mantener los electrones alejados de ánodo. (22) En la deposición de ITO, el blanco está compuesto por 90% In2O3 y 10% SnO2, o por la aleación In-Sn: (90-10) % (peso) (2,14). Cuando se utiliza la aleación como blanco y no el óxido, es necesario a parte de introducir argón colocar un flujo de oxígeno controlado para promover la oxidación de las partículas que fueron erosionadas del blanco

(22)

. El porcentaje

de oxígeno recomendado se encuentra entre el 6 y 12 % de la presión total y el resto de argón(2). La distancia entre sustrato-blanco usualmente utilizada es de 10 mm, mientras la presión inicial de la cámara de vacío reportada se encuentra en el orden de 10-3 Pa

(2)

. Al

introducir el gas de sputtering en la cámara se registran presiones en el orden de 10-1 Pa. (2)

Figura 2.17: Esquema de funcionamiento del equipo de pulverización catódica DC con magnetrón. (23) II.1.3.1.3.1.1.2. Evaporador Térmico al Vacío. Un evaporador térmico es un equipo que consta de una canasta o crisol de tungsteno por donde pasa una corriente que varía entre (0-50) Amperios y a través de efecto Joule se evapora el material que ha sido colocado en la canasta

(24)

. Este sistema se encuentra dentro

una campana de vacío cuyo objetivo es eliminar la mayor cantidad de partículas en el aire que impidan o distorsionen el recorrido del vapor del material deseado a depositar hacia el sustrato (24). Las presiones utilizadas son de ultra alto vacío, en el orden de 10-4 Pa. (24) 25

Figura 2.18: Evaporador térmico al vacío. (25) Para lograr la deposición de películas de ITO por ésta técnica se requiere de trozos de la aleación In-Sn junto con un sistema de flujo de oxígeno dentro de la campana de vacío. (24) II.1.3.1.3.1.2. Influencia de las Variables de Procesamiento sobre las Características de las Películas de ITO. II.1.3.1.3.1.2.1. Influencia de la Presión Parcial de Oxígeno durante la Deposición de Películas de ITO. Varios autores han reportado que la presión parcial de oxígeno afecta la resistencia eléctrica y la transmisión óptica principalmente (18). La dependencia de estas propiedades con la presión parcial de oxígeno se ha explicado sobre la base de vacantes de oxígeno, la teoría de estructuras de banda de la película y los fenómenos de oxidación Jeong In Han, Won Keun Kim y Min Gi Kwak

(18)

(18)

. Sung Kyu Park,

variaron la presión parcial de oxígeno en la

cámara desde 0,2% hasta 15% y obtuvieron que a mayor presión de oxígeno mayor es la resistencia eléctrica. (18)

26

Figura 2.19: Influencia de la presión de oxígeno sobre la resistencia de las películas de ITO. (18) En tal sentido, la densidad de portadores y la movilidad son determinadas por las vacantes de oxígeno y el tamaño de grano, respectivamente

(3)

. La mayor densidad de

portadores se espera a presiones parciales de oxígeno relativamente baja, mientras, una mayor movilidad de portadores se obtiene al elevar la presión parcial de oxígeno (3). Esto implica que la reducción de las vacancias de oxígeno se obtiene a mayores presiones, en consecuencia, el deterioro de la conductividad eléctrica de la película ITO se puede explicar con la gran disminución de la concentración de portadores de cargas

(3)

. Como la presión parcial de

oxígeno causa dos efectos opuesto en función de la movilidad y concentración de portadores, la resistencia específica muestra un valor mínimo a una presión parcial de oxígeno determinada. (3)

Figura 2.20: Efecto del flujo de oxígeno sobre la concentración y movilidad de los portadores de carga. (3) Igualmente, la presión de oxígeno influye sobre la transparencia de las películas de ITO

(18)

. Diversos autores como Sung Kyu Park, Jeong In Han, Won Keun Kim y Min Gi 27

Kwak han reportado a través de un espectrofotómetro UV-visible, que al aumentar la presión parcial de oxígeno mayor es la transparencia de las películas de ITO, obteniendo valores de transmitancia entre el 75 y 80 % en el rango de los 450-800 nm de longitud de onda

(18)

. Es

bien conocido que la transmisión óptica tiene una relación directa con la brecha de la banda de las películas de ITO (14). En general, la brecha de banda de las películas de ITO es mayor que 3,75 eV, a pesar de una amplia gama de valores de 3,5 a 4,5 eV que se han reportado en la literatura (14). De acuerdo a la mecánica cuántica, un material será transparente a cierta longitud de onda cuando en sus bandas de niveles de energía no haya ninguna diferencia de energía que corresponda con esa longitud de onda (11). Por ejemplo, el vidrio es transparente debido a que su brecha de energía es diferente a la energía del haz en el rango de luz visible del espectro electromagnético. (11)

(a)

(b)

Figura 2.21: Influencia de la presión parcial de oxígeno sobre el porcentaje de transmitancia. (a)Deposición de ITO sobre PES (18). (b) Deposición de ITO sobre PET (2) Estos experimentos demuestran que al aumentar la presión parcial de oxígeno se ha inducido a una disminución de la concentración de portadores de cargas, lo que resulta en un aumento de la transmitancia y de la resistencia de ITO (18). A su vez, se ha observado películas de color marrón oscuro las cuales son translúcidas y ésta opacidad se ha atribuido al estaño no oxidado en la superficie del ITO, como consecuencia de un insuficiente flujo de oxígeno durante la deposición.(14)

28

II.1.3.1.3.1.2.2. Influencia del Espesor de la Película de ITO. De a cuerdo a un conjunto de trabajos realizados por varios autores, los espesores registrados y estudiados bajo las diferentes técnicas de deposición se encuentran entre 50 a 300 nm. (3) Igualmente, se ha reportado que a medida que el espesor de la película aumenta la resistividad disminuye gradualmente

(3)

. Las diferencias en las propiedades eléctricas de las

películas delgadas y gruesas puede deberse a un cambio en la microestructura de la película de ITO que tiene lugar a 0,3-0,5 micras de espesor, es decir, puede existir un cambio de ITO amorfo a ITO policristalino, donde los valores del espesor crítico en el cual ocurre estos cambios microestructurales pueden variar y se cree que se debe a los distintos tipos de sustrato, a la técnica y velocidad de deposición. (3) II.1.3.1.3.1.2.3. Influencia de la Presión de Sputtering. La presión de sputtering determinada por la presión de argón (gas inerte) y la presión de oxígeno influye sobre la velocidad de deposición, determinando la eficiencia del proceso. Velocidad de deposición

Presión de Argón (mTorr)

Figura 2.22: Influencia de la presión de sputtering sobre la velocidad de deposición. (26) Por otro lado, Young S. K., Young C. P, Ansari, Byung y Hyung S. S encontraron que la presión de sputtering influye sobre la relación Sn/In depositada, determinando que existe una presión óptima donde la relación Sn/In es aproximadamente 0,100. (2)

29

Figura 2.23: Efecto de la presión de sputtering sobre la relación Sn/In depositada.(2) Además, la presión de sputtering tiene influencia sobre las principales características del ITO, principalmente en la concentración de portadores de carga y en la reactividad con el oxígeno. (2)

Figura 2.24: Influencia de la presión de sputtering sobre el porcentaje de transmitancia y resistencia eléctrica de las películas de ITO.(2) En la figura 2.24 se observa que a mayor presión de sputtering mayor es el porcentaje de transmitancia hasta llegar a un valor de presión de 5,5x10-1 Pa donde la transmisión de luz se hace constante (2). De igual forma, a esta misma presión se exhibe un mínimo de resistencia eléctrica. (2)

30

II.2. Sustratos Poliméricos. Cuantiosos trabajos acerca de la deposición de ITO sobre sustratos poliméricos se han reportado en la literatura y cada sustrato aporta diferentes características que conlleva al mejoramiento de las propiedades de las películas de ITO. Los principales sustratos poliméricos reportados son los siguientes: PET (2), PES (18), PMMA (3), PEN (4) y PC (18). Estos sustratos pueden disminuir la transmitancia del ITO y aumentar la resistividad en función de la rugosidad superficial del polímero

(14)

. No obstante, los sustratos utilizados en el presente

trabajo fueron: PET, PSc, PMMA y se adquirió adicionalmente láminas comerciales acrílicas y de acetato. II.2.1. Polietilen Tereftalato. El polietilen tereftalato, bien conocido por sus siglas en inglés PET, Polyethylene Terephtalate, es termoplástico que pertenece al grupo de materiales sintéticos denominados poliésteres

(27)

. Es muy conocido por su uso en envases de bebidas y textiles, donde adquiere

los nombres comerciales de Mylar y Melinex

(27)

. Su fórmula molecular es (C10H8O4)n, y la

unidad repetitiva en la siguiente: (27)

Figura 2.25: Unidad repetitiva del PET. (27) Se obtiene mediante una reacción de policondensación entre el ácido tereftálico y el etilenglicol; y puede ser procesado por extrusión, inyección, soplado de preforma y termoformado. (27) Las propiedades físicas, mecánicas, ópticas y térmicas más relevantes de este polímero se muestran en la tabla 2.9. Además, el PET es químicamente estable, actúa como barrera de gases, tiene excelente resistencia al fuego, excelente transparencia, brillo, procesabilidad y es reciclable

(28)

. Guillén C. y Herrero J. recomiendan el uso del PET como sustrato para

depositar películas de ITO ya que trabajos realizados por otros autores demuestran una disminución en la transparencia y aumento de resistividad de las películas de ITO depositadas sobre Policarbonato debido a su rugosidad superficial dispersando tanto los electrones y 31

fotones

(4)

. Asimismo, se ha reportado mayor resistividad a mayor contenido de oxígeno

dentro de la estructura de la matriz orgánica (PES y PEN) (4). Estos dos mecanismos negativos para las propiedades electro-ópticas del ITO parecen ser menos relevantes cuando se utiliza el PET, obteniéndose películas de alta calidad con una resistencia de eléctrica de 7Ω/cuadrado y 84% de transmisión de luz visible.(4) Tabla 2.9: Propiedades del PET (28) Norma

Unidad

Valor

ISO 1183

g.cm-3

1,33

Resistencia a la tracción hasta la deformación

ISO 527

MPa

59

Módulo de elasticidad en tracción Resistencia a la flexión Resistencia al impacto ÓPTICAS Transmisión de luz Refracción TÉRMICAS

ISO 527

MPa

2420

ISO 178 ISO 179

MPa kJ.m-2

86 No rompe

%

89 1,576

ºC

69

10-5 . ºC-1