Tesis doctoral de Miguel Rubio Roy
La demanda de recubrimientos duros con propiedades anti-adherentes se da en diferentes aplicaciones industriales y científicas. En concreto, el estado actual de la técnica de transferéncia de patrones nanométricos mediante litografía por nanoestampación (nil) requiere el uso de nuevos tratamientos o recubrimientos que tengan más durabilidad y que sean enertes sometidos a radiación ultravioleta. Esta tesis se ha desarrollado en el marco del proyecto del micinn dpi2007-61349, centrando el trabajo en diferentes tareas: 1. El diseño y la construcción de un reactor de muy alto vacío adecuado para procesos de depósito y grabado iónico. 2. La incorporación de fluor a capas de carbono amorfo y su posterior caracterización mediante diferentes técnicas de análisis superficial, mecánicas y tribibológicas, así como las espectroscópicas para la caracterización del plasma que se usará para su depósito. 3. La puesta a punto y optimización de la técnica de grabado iónico profundo y de grabado con haz de iones, para la producción de moles. 4. El uso de diferentes técnicas litográficas orientadas a la producción en gran área de motivos nanométricos. 5. La exploración del recubrimiento de moles con carbono amorfo para incrementar su durabilidad y anti-adhesión, en procesos de nanoestampación. para el depósito de capas de carbono amorfo con fluor, se ha utilizado la técnica del depósito químico en fase vapor activado por plasma excitado con señal dc pulsada (pulsed dc pecvd). las capas se han caracterizado mediante perfilometría, espectroscopía de emisión de fotoelectrones (xps), ángulo de contacto de diferentes líquidos, microscopía de fuerzas atómicas (afm), tests de fricción y test de desgaste abrasivo, mientras que el plasma utiliado durante el depósito se ha analizado por espectroscopía de emisión óptica mediante la adición de un actinómetro (ar) a los gases precursores (metano y trifluorometano). Los resultados de etas caracterizaciones se resumen, finalmente, en un modelo descriptivo. los principales resultadis de la caracterización de capas y plasma son que: para concentraciones de trifluorometano en metano inferiores al 80%, la relación f:c en la capa muestra una dependencia débil con la fracción de precursor fluorado y aumenta lentamente desde cero hasta una relación 1:4 los enlaces c-f y c-f2 empiezan a detectarse a partir del 50% de triuflorometano y aumentan con la concentración de éste. La energía superficial total sufre un ligero descenso de 44 mj/m2 a 40mj/m2, mientras la componente ácido-base se reduce linealmente hasta cero para trigluorometano puro. La humedad juega un papel significativo en la fricción, al reducirla y finalmente estabilizarla en valores bajos, cuando la humedad relativa alcanza valores elevados. Este comportamiento se interpreta sobre la base de la eliminación superficial del hidrógeno, y posiblemente fluor, por efecto de la fricción, al reducirla y del aumento de disponibilidad del hidrogeno y grupos de hidroxilos, co la humedad, para pasivar la superfície. La resisténcia al desgaste abrasivo y la rugosidad cambian ligeramente con la concentración de trifluorometano. La primera se mantiene entre cinco y siete veces superior al silicio, mientras la segunda mantiene la rugosidad de nivel atómico del carbono amorfo sin fluor. Así, la combinación de propiedades en este rango hace adecuadas las capas para recubrimientos anti-adhesivos y resistentes al desgaste. en cuanto a concretaciones de trifluorometano superiores a 80%, las capas experimentan en este rango un súbito e importante cambio estructural y químico que incrementan la relación f:c en la capa hasta 1:1, junto con una mayor concentración de los enlaces c-f, c-f2 y c-f3. Además, aumenta la rugosidad en un orden de magnitud a la vez que se incrementa el número de defectos en la capa, y se reducela energía superficial a valores similares al ptfe de 18 mj/m2 sin apenas contribución ácido base. Finalmente, el cambio provoca una combinación de pérdida de adhesión a la capa de cimentación y de disminución de reticulación y cohesión interna, con valores del ritmo de desgaste abrasivo que podrían ser de alrededor de un orden de magnitud mayores que los de las capas menos fluoradas. así pues, globalmente las propiedades de las capas depositadas apuntan a su utilidad para el recubrimiento de superfícies que requieren baja energía superficial combinada con una alta resisténcia mecánica. Además, el recubrimiento conforme de nanoestructuras que se ha realizado, abre las puertas al uso de estas capas en moldes con patrones nanométricos como los utilizados en litografía de nanoestampación.
Datos académicos de la tesis doctoral «Surface properties of hard fluorinated amorphous carbon films deposited by pulsed-dc discharges«
- Título de la tesis: Surface properties of hard fluorinated amorphous carbon films deposited by pulsed-dc discharges
- Autor: Miguel Rubio Roy
- Universidad: Barcelona
- Fecha de lectura de la tesis: 26/02/2010
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Enric Bertran Serra
- Tribunal
- Presidente del tribunal: fausto Sanz carrasco
- agustin Rodriguez gonzalez-elipe (vocal)
- (vocal)
- (vocal)