Películas de Diamante Integrantes: Carlos Araya Enzo Cruces Ignacio Jaque Luis Oliveros Nelson Rodríguez

Algunas Propiedades del Diamante. Material más duro que se conozca (mayor módulo de Young) Mayor módulo de elasticidad volumétrica (1,2·1012 N/m2) Menor compresibilidad (8,3·10-13 m2/ N).

Algunas Propiedades del Diamante. Amplia transparencia óptica que va desde el UV hasta la zona IR del espectro electromagnético.

Algunas Propiedades del Diamante. Resistente a la corrosión química

Algunas Propiedades del Diamante. Biológicamente compatible.

Algunas Propiedades del Diamante. Por su bajo coeficiente de expansión térmica a temperatura ambiente (0,8·10-6 K) es comparable al invariante

Algunas Propiedades del Diamante. Mayor valor conocido de conductividad térmica a temperatura ambiente (2·103 W/m/ K).

Algunas Propiedades del Diamante. Excelente aislador eléctrico (resistividad a temperatura ambiente es de ~1016  cm). Se puede dopar para cambiar su resistividad sobre el rango de 10-106  cm, por lo que se puede convertir en un superconductor con un gap de 5,4 eV Muestra una afinidad electrónica muy baja o negativa.

Desarrollo de la película de diamante. Historia. Introducción Avances Científicos Costo realización tecnológica del depósito de diamante

Introducción - Explosivo crecimiento en la última década. - Diversas aplicaciones; herramientas, óptica, dispositivos electrónicos, entre otros. - Comienzo en los ochenta, de partículas microscópicas a películas de gran diámetro. - Disminución de costos.

Avances científicos. - Propiedades extremas de los materiales de diamante, incentivo para el estudio y desarrollo. - De los 50 a los 90.

Costo realización tecnológica del depósito de diamante. - $5000/kilate a $5/kilate. - Incremento en la razón de crecimiento. - Uso eficiente de la energía.

Expectativas de Utilidad Desarrollo Reciente Expectativas de Utilidad Meta Proyección de Mercado Deposiciones Propiedades Aplicaciones en Electroquímica

Reacción Química en la fase Gaseosa Deposición sobre Superficie

Técnicas CVD. Activación térmica. Activación con plasma (DC, RF o microondas). Uso de una llama (de oxiacetileno o antorcha de plasma).

Pequeños cristales de diamante que nuclean sobre una superficie de Ni.

Apariencia típica de una película de diamante CVD microcristalino que ha crecido sobre Si. La película es policristalina y tiene muchos defectos aparentes.

Roles de Hidrógeno en el Proceso CVD. Las moléculas de hidrocarburo no reaccionan para producir un crecimiento del carbón. Terminan con las oscilaciones de las uniones de carbón sobre la superficie y previenen un entrecruzamiento que lleven a la reconstrucción del grafito. El hidrógeno atómico graba tanto al diamante como al grafito.

Preocupaciones Actuales. Crecimiento Heteropitaxial Reducir tiempo inducción. Aumentar la densidad de los sitios de nucleación. Mejorar las tasas de crecimiento.

Mejoramiento de la nucleación: Bombardeo Permite que los iones: Dañen la superficie. Se implanten en la red. Formen una entrecapa carbónica.

La Industria Excelente uso resistente Dureza Alta conductividad térmica Disipa calor(fricción) antes del daño de P.D. Espacio entre las bandas 5 veces que Silicio Electrones de valencia no pueden ser excitados

El diamante puede ser fabricado como semiconductor por dopaje La Industria El diamante puede ser fabricado como semiconductor por dopaje Hasta los 500ºC El silicio hasta los 150ºC Mayores velocidades que el Silicio Obstáculo de la microelectrónica Hacer P.D. de espesor de alta calidad

La Industria Homoepitaxial: Heteropitaxial: Crear grandes cristales simples Utilizar cristales simples pequeños naturales (semillas) Aumento de tamaño, vía recubrimiento sintético Heteropitaxial: La diferencia es la utilización de un sustrato que no sea diamante, ejemplos: níquel, cobre, carburos de silicio y otros En general las películas de este proceso tienen demasiados defectos para ser usados en la electrónica

Rregreso al tubo del vacío La Industria Rregreso al tubo del vacío Emisión de e dentro de un espacio libre sin ser calentado Geis 1991 crea el 1er diodo de cátodo frío Procesamientos de información mas veloces Tubos de rayos catódicos de los televisores Ahora se esta investigando para el uso de pantallas fosfóricas

Aplicaciones Manejo térmico. Herramientas de corte. Sumidero térmico para diodos láser y para pequeños circuitos integrados de microondas. Operación a alta velocidad Temperaturas de las uniones (soldaduras) serán menores cuando se monte sobre diamante. Herramientas de corte. Abrasivo Protección en insertos de herramientas de corte Brocas de taladro y otras herramientas protegidas por diamante

Capas resistentes al desgaste: Aplicaciones Capas resistentes al desgaste: La capacidad de proteger piezas mecánicas con una cobertura ultra resistente en componentes puede permitir un gran incremento en su vida, aun con poca lubricación. Optica. Protector de antiparras Capa protectora de dispositivos infrarrojos Se espera que ventanas IR del futuro sean hechas de una lámina de diamante

Dispositivos electrónicos. Aplicaciones Dispositivos electrónicos. Dopaje Grabado Con plasmas de O2 Erosión con láser o nucleación selectiva. Usos: Dispositivos de efecto piezoeléctrico Detectores de radiaciones Emisor de electrones desde placas planas Pantallas planas Base de un interruptor ultra rápido

Fósforo Aislante Fila de Electrodos Diamante Emisor

Materiales compuestos. Aplicaciones Materiales compuestos. Diamante CVD sobre la superficie de alambres de metal o fibras no metálicas Resistencia similar a la del diamante Increíblemente duras para su peso Usos: agente reforzante en compuestos de matriz metálica, tubos o fibras huecas de diamante

Cobertura de diamante CVD de 40mm de espesor sobre alambre de tungsteno de 125mm de diámetro.

Sección de una película de diamante de 6,7 mm sobre Si. Se puede apreciar la naturaleza columnar del crecimiento desde la superficie.

Película nanocristalina que exhibe morfología de coliflor, típica del crecimiento del diamante bajo altas concentraciones de metano. Esta película es mucho más suave que la microcristalina, pero sus propiedades eléctricas y mecánicas no son tan extremas.