Láminas delgadas de óxidos mixtos con aplicaciones ópticas y funcionales obtenidas mediante magnetrón sputtering
- Autores: Jorge Gil Rostra
- Directores de la Tesis: Agustín Rodríguez González-Elipe (dir. tes.), Francisco Yubero Valencia (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2013
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Joan Esteve Pujol (presid.), Carlos López Cartes (secret.), José Luis Endrino Armenteros (voc.), José María Albella Martín (voc.), Xermán Francisco de la Fuente Leis (voc.)
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- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
En los últimos años se han producido importantes avances en la obtención de materiales en forma de lámina delgada con aplicaciones en campos tan diversos como la óptica, fotónica, microelectrónica, energías renovables, biotecnología o los recubrimientos protectores y funcionales. En este contexto, esta tesis recoge diferentes aproximaciones experimentales para la síntesis de láminas delgadas de óxidos mixtos mediante técnicas de magnetron sputtering reactivo con blancos compuestos, o técnicas combinadas de magnetron sputtering y descomposición por plasma de precursores metal-orgánicos.
A lo largo del desarrollo del trabajo de investigación se han obtenido y caracterizado láminas delgadas de óxidos mixtos del tipo MxSiyOz, RE:SiOx y RE:TiOx (donde M es un metal de la serie de transición y RE es un metal de la serie de las tierras raras) y se han establecido las correlaciones existentes entre los parámetros de proceso y las características químicas, ópticas y estructurales de los recubrimientos depositados. Se ha prestado especial atención a las potenciales aplicaciones industriales de los materiales desarrollados por sus propiedades estéticas o por la posibilidad de ser integrados como componentes activos en dispositivos ópticos, electrocrómicos y luminiscentes.
En el Capítulo 2 se realiza una descripción detallada de la síntesis de láminas delgadas de óxidos mixtos MxSiyOz (donde M = Cu, Fe, Ni, Co, Mo, y W) mediante la técnica de magnetron sputtering reactivo con blancos compuestos Si-M (R-MS (BC)). El capítulo contiene una descripción completa del método de síntesis y la caracterización óptica, química y estructural de los recubrimientos obtenidos. El interés científico más relevante de este capítulo es la puesta a punto de una metodología de caracterización del entorno químico local de láminas delgadas de óxidos amorfos mediante el uso conjunto de técnicas FTIR-XAS-XPS. Este resultado ha hecho posible un análisis descriptivo de la relación existente entre el entorno químico y estructural de los óxidos mixtos estudiados y los parámetros ópticos (índice de refracción, coeficiente de absorción y color) de los recubrimientos correspondientes. En este capítulo se propone el uso de este sistema para depositar recubrimientos coloreados sobre sustratos poliméricos (lentes oftálmicas) y cerámicos.
El Capítulo 3 contiene una descripción detallada de la síntesis de óxidos mixtos CuxSiyOz mediante la técnica de magnetron sputtering reactivo con blancos compuestos Si-Cu (R-MS (BC)). La principal aportación del trabajo es la caracterización de la técnica de deposición mediante espectroscopía de emisión de plasma, realizada in situ, y la relación de los parámetros observados con las propiedades químicas, estructurales y ópticas de los recubrimientos obtenidos. Así mismo, este capítulo presenta un estudio colorimétrico de las láminas delgadas sintetizadas.
Los Capítulos 4 y 5 están dedicados a la síntesis y caracterización de láminas delgadas de óxidos mixtos WxSiyOz y CoxSiyOz mediante magnetron sputtering con blancos compuestos Si-W y Si-Co en geometría normal y rasante (80º con respecto a la normal del blanco) (R-MS (BC) GLAD). La propiedad más relevante que presentan estos materiales cuando se depositan en geometría rasante es su estructura porosa. Los óxidos de W y Co son materiales electrocrómicos de referencia (17, 18), por lo que, la utilización de láminas delgadas micro-estructuradas que contengan estos cationes podría ser una vía muy interesante para mejorar la eficiencia y reversibilidad de los dispositivos actuales. En estos capítulos se estudia el uso de láminas delgadas porosas de óxidos mixtos MxSiyOz (donde M = W y Co) como alternativa a los óxidos convencionales, haciendo un especial esfuerzo en la caracterización química, óptica y estructural de los materiales propuestos y la relación de estos parámetros con la eficiencia y el rendimiento de dispositivos sencillos, ensayados mediante técnicas espectro-electroquímicas.
El Capítulo 6 describe una nueva técnica de síntesis de óxidos mixtos en forma de láminas delgadas, a través de magnetron sputtering reactivo combinado con la descomposición mediante plasma de precursores metal-orgánicos (R-MS + PD). Como prueba de concepto, se han obtenido una serie de muestras de óxidos mixtos RE:MOx (donde RE = Eu, Tb y M = Si, Ti) consistentes en una matriz cerámica de sílica o titania a la que se ha incorporado una cantidad controlada de una tierra rara (Eu, Tb). El capítulo describe la caracterización estructural, química y óptica de los recubrimientos obtenidos, así como un análisis detallado de su fotoluminiscencia. Además de la relevancia, por su novedad, de la propia técnica de deposición este capítulo muestra la idoneidad de este método de síntesis como vía de obtención de láminas delgadas integrables como componentes activos en dispositivos luminiscentes.
Por último, el Capítulo 7 recoge de forma resumida las conclusiones generales que se extraen de los trabajos anteriormente descritos.
