¿Qué son los recubrimientos de película delgada?
Los recubrimientos de película delgada son capas extremadamente delgadas de material colocadas en la superficie del sustrato. Pueden variar en grosor desde varios micrómetros, o millonésimas de metro, hasta menos de 1 nanómetro, o una billonésima parte de un metro. Los recubrimientos de película delgada pueden estar hechos de varias sustancias, incluyendo silicio, cerámica y arseniuro de galio. Se utilizan comúnmente en dispositivos ópticos como las células fotovoltaicas utilizadas para la generación de energía solar, para componentes electrónicos y en herramientas y otros equipos que requieren resistencia al daño de la superficie.
La composición de un recubrimiento de película delgada depende de su propósito. Los recubrimientos de película delgada utilizados en las células fotovoltaicas para generar energía solar están hechos de materiales semiconductores como el silicio y el arseniuro de galio. Estos materiales pueden convertir la energía de la luz en corriente eléctrica cuando los fotones entrantes de luz excitan los electrones del material semiconductor a niveles de energía más altos. Estos recubrimientos también se utilizan en electrónica, como los circuitos integrados.
Las películas delgadas semiconductoras a menudo se aplican en una serie de capas con diferentes composiciones químicas para afectar las propiedades de la película. Estas capas pueden ser increíblemente delgadas, y algunos recubrimientos de película delgada tienen capas de un solo átomo de espesor. Por lo tanto, un recubrimiento de película delgada puede contener una estructura interna compleja de capas variables en un espacio extremadamente pequeño.
La cerámica de película delgada se utiliza en aplicaciones que requieren materiales resistentes al desgaste o la corrosión. Las herramientas de corte, por ejemplo, pueden tener una vida útil muy prolongada si están hechas con una fina capa externa de cerámica en el filo para proteger el resto de la cuchilla del desgaste. Los dispositivos que usan productos químicos reactivos, como las celdas de combustible, pueden usar cerámica de película delgada para contenerlos debido a la relativa inercia química de la película de cerámica.
Otros usos de los recubrimientos de película delgada incluyen baterías de litio recargables, que pueden fabricarse con un cátodo compuesto de una película delgada de litio y óxidos metálicos para producir baterías que son mucho menos voluminosas y más flexibles que las baterías convencionales. Los espejos contienen una delgada película de metal, generalmente hecha de aluminio en espejos modernos, detrás del vidrio para crear una superficie reflectante. Los recubrimientos de película delgada de aluminio también se usan en el embalaje de muchos bienes de consumo modernos, especialmente alimentos, para aumentar la vida útil de los artículos perecederos y hacer que el paquete sea más brillante y más notable. Las películas de aluminio también se usan como aislamiento, especialmente para aplicaciones que requieren flexibilidad y portabilidad, y se incorporan en cosas como trajes espaciales, equipo de protección para bomberos y mantas aislantes de emergencia para víctimas de choque.
Los recubrimientos de película delgada se aplican a una superficie a través de una de varias técnicas denominadas colectivamente deposición de película delgada. La mayoría de estos métodos se clasifican como deposición química, en la cual la película delgada se aplica a través de una reacción química entre la superficie y un fluido llamado precursor, o deposición física, en la cual la película se aplica por medios mecánicos, térmicos o eléctricos. . Los métodos de deposición química incluyen el enchapado, que utiliza una solución precursora líquida que contiene iones metálicos disueltos, y la deposición química de vapor, en la que la superficie reacciona con compuestos gaseosos.
Los métodos físicos de deposición se llevan a cabo en una cámara de vacío que contiene el sustrato y la sustancia. Las partículas de este último se eliminan por diversos medios, como el calentamiento, los pulsos láser o los arcos eléctricos, creando un vapor que forma una película sobre el sustrato. También hay métodos que utilizan procesos físicos y químicos y no encajan perfectamente en ninguna de las categorías, como la pulverización reactiva y la epitaxia del haz molecular.