Comportamiento hidrodinámico de un reactor electroquímico para recuperar residuos en la fabricación de películas semiconductoras

Hydrodynamic Behavior of an Electrochemical Reactor for Waste Recovery in the Semiconductor Films Manufacture

En el laboratorio de optoelectrónica adscrito a la Universidad del Quindío se encuentra implementada la técnica Epitaxia en fase líquida, utilizada para elaborar películas semiconductoras de GaInAsSb, la cual genera, en promedio, un desecho de 1457 mg, constituido, en mayor proporción, por galio, indio y antimonio, que pueden ser recuperados por procesos electroquímicos. El propósito de este estudio fue reciclar y cristalizar estos metales puros a bajo costo, con cero productos de desechos metálicos en la fabricación de películas semiconductoras. Los estudios se llevaron a cabo en un reactor electroquímico de compartimentos separados, inyectando una solución trazadora de NaCl en el compartimento catódico, determinándose la conductividad a la entrada y a la salida del reactor, y describiendo con ello un modelo matemático del comportamiento hidrodinámico, mediante la distribución de tiempos de residencia (DTR), y así aplicarlo para la recuperación de estos metales, operando el equipo a intensidad constante (modo galvanostático) y a potencial constante (modo potenciostático).

I. INTRODUCCIÓN

El semiconductor Ga_1-xIn_xAs_ySb tiene amplias aplicaciones en la industria de la optoelectrónica, para la fabricación de dispositivos con respuesta en el infrarrojo [1, 2]; por ser un material cuaternario es posible variar independientemente y en un amplio rango los valores de la brecha de energía y del parámetro de red, lo que permite usar para su fabricación sustratos de diferentes materiales, presentando gran acople de red [3]. El rango de emisión del Ga_1-xIn_xAs_ySb fabricado sobre sustratos de GaSb, con coincidencia de red, está entre 0.35 y 0.75 eV [4,5], lo que lo hace interesante para aplicaciones en comunicaciones, ya que las fibras ópticas dopadas con flúor presentan muy baja atenuación en el infrarrojo cercano [6,7]; además, se emplea en la fabricación de detectores de contaminantes atmosféricos, diodos LED y láseres de infrarrojo, para aplicaciones en comunicaciones ópticas con bajas pérdidas de transmisión [8-11], y también para la construcción de celdas termofotovoltaicas [12].

Las películas semiconductoras de GaInAsSb pueden ser fabricadas mediante diversas técnicas, tales como epitaxia por haces moleculares (Molecular Beam Epitaxy-MBE), epitaxia en fase de vapor por gases metalorgánicos (Metalorganic Vapour Phase Epitaxy-OMVPE) y epitaxia en fase líquida (Liquid Phase Epitaxy-EPL) entre otras. La EPL es utilizada en la industria para fabricar dispositivos en masa, dado que ofrece la mejor relación entre calidad cristalina de la película fabricada y precio de fabricación [13]. El término de epitaxia se define como la deposición de una capa monocristalina sobre un sustrato monocristalino, de tal modo que la estructura cristalina de la película sea una continuación de la estructura del sustrato [14].