Diseño y construcción de un reactor mecatrónico para el crecimiento de películas delgadas por la técnica de recubrimiento por inmersión

Design and Construction of a Mechatronic Reactor for the Growth of Thin Films by the Dip Coating Technique

Se presenta el diseño y construcción de un sistema mecatrónico automatizado para el crecimiento de películas delgadas por la técnica de recubrimiento por inmersión. El sistema consta de un porta sustrato que realiza desplazamientos verticales entre dos posiciones ajustables. El movimiento del porta sustrato es controlado por una cadena de transmisión accionada por un motor de corriente continua. Los finales de recorrido del porta-sustrato son sensados por micro-switches colocados en los extremos del intervalo de movimiento. La adquisición de la señal de los micro-switches y la generación de la señal de control para el motor son realizadas por una tarjeta de adquisición de datos National Instruments USB 6353®. Desde una interfaz gráfica desarrollada en LabVIEW® el usuario puede programar todos los parámetros del reactor, entre ellos las velocidades de inmersión y extracción de los sustratos y el tiempo de secado. Se presentan detalles de la construcción y operación del sistema.

1 INTRODUCCIÓN

La técnica de recubrimiento por inmersión [1],[2] ha venido ganando una acogida importante en los laboratorios dedicados al recubrimiento y procesamiento de materiales para diferentes aplicaciones, entre ellas el desarrollo de dispositivos ópticos y opto-electrónicos [3], dispositivos espintrónicos [4],[5],[6],[7] materiales biocompatibles [8], materiales resistentes a la corrosión y el desgaste [9],[10] y también aplicaciones decorativas. La técnica se caracteriza por la sencillez y facilidad de implementación con las herramientas de hardware y software disponibles en la mayoría de laboratorios de investigación científica y docencia. La reproducibilidad en el crecimiento de las películas se ve favorecida por la posibilidad de programar con gran precisión las velocidades y pausas en el proceso de inmersión y extracción de los sustratos, debido a los amplios avances tecnológicos actuales en los sistemas de actuación, sensores de posición y temporización. Por otro lado, en el método de recubrimiento por inmersión se tiene un buen aprovechamiento de la solución precursora de la película, debido a que el material no adherido al sustrato regresa al reactor por efecto de la gravedad y puede ser utilizado en subsecuentes crecimientos, esta es una de las ventajas del método de recubrimiento por inmersión con relación al método de recubrimiento por rotación (spin coating) [11],[12] en el cual no siempre resulta sencillo calcular la cantidad exacta de material a depositar para lograr el espesor deseado en las películas, además el tamaño de los sustratos puede tener mayores limitaciones y las tasas de evaporación del material a depositar pueden ser mucho mayores que en el método de recubrimiento por inmersión debido a la rotación continua del sustrato. Nuestra motivación para desarrollar un prototipo funcional de reactor de recubrimiento por inmersión obedece al interés actual de la línea de instrumentación y espectroscopia, adscrita al Grupo de Electromagnetismo Aplicado de la Universidad EAFIT, por crecer películas delgadas de óxidos de hierro y ferritas de metales de transición, en busca de posibles aplicaciones de estas películas como dispositivos de sensado de magnitudes físicas, entre ellas campo magnético y temperatura.