Deposición química de vapor para niños
La Deposición Química de Vapor o CVD (del inglés Chemical Vapor Deposition) es un proceso químico especial que se usa para crear materiales sólidos muy puros y de alta calidad. Es como "pintar" una superficie con una capa muy fina de un material, pero usando gases.
Este proceso es muy importante en la industria de los semiconductores, que son los materiales que se usan para fabricar los chips de los ordenadores y teléfonos. En la CVD, una superficie llamada "sustrato" (como una oblea de silicio) se expone a gases especiales llamados "precursores". Estos gases reaccionan o se descomponen sobre la superficie del sustrato, dejando una capa del material deseado. A menudo, se forman otros gases que se eliminan de la cámara de reacción.
Con la CVD se pueden depositar materiales en diferentes formas:
- Monocristalino: Con una estructura ordenada y uniforme.
- Policristalino: Con muchos cristales pequeños unidos.
- Amorfo: Sin una estructura cristalina definida.
- Epitaxial: Creciendo sobre un cristal existente de forma muy ordenada.
Algunos de los materiales que se pueden crear con CVD incluyen silicio, fibra de carbono, nanotubos de carbono, dióxido de silicio (SiO2), wolframio, carburo de silicio y nitruro de silicio. También se usa para fabricar diamantes sintéticos.
Contenido
Tipos de Procesos CVD
Existen muchos tipos de procesos CVD, que se diferencian por cómo se inician las reacciones químicas y las condiciones en las que se realizan.
Procesos según la Presión
- CVD a Presión Atmosférica (APCVD): Se realiza a la presión normal del aire.
- CVD de Baja Presión (LPCVD): Se lleva a cabo a presiones más bajas que la atmosférica. Esto ayuda a que las reacciones no deseadas en el gas sean menores y a que la capa depositada sea más uniforme. La mayoría de los procesos CVD modernos son LPCVD o UHVCVD.
- CVD de Ultra Vacío (UHVCVD): Se realiza a presiones extremadamente bajas, casi un vacío total.
Procesos según el Transporte del Vapor
- CVD Asistida por Aerosol (AACVD): Los precursores se transportan al sustrato en forma de un aerosol líquido/gas, que puede generarse con ultrasonidos. Es útil para precursores que no se evaporan fácilmente.
- CVD de Inyección Directa de Líquido (DLICVD): Los precursores están en forma líquida y se inyectan en una cámara donde se evaporan. Luego, los vapores llegan al sustrato. Permite tasas de crecimiento rápidas.
Métodos con Plasma
El plasma es un estado de la materia donde los átomos están ionizados (tienen carga eléctrica). Usar plasma ayuda a que las reacciones químicas ocurran a temperaturas más bajas, lo cual es muy útil en la fabricación de semiconductores.
- CVD Mejorada por Plasma (PECVD): Utiliza plasma para acelerar las reacciones de los precursores.
- CVD Mejorada por Plasma Remoto (RPECVD): Similar a PECVD, pero el sustrato no está directamente en la zona del plasma. Esto permite trabajar a temperaturas aún más bajas, incluso a temperatura ambiente.
Otros Procesos CVD
- CVD de Capa Atómica (ALCVD): Deposita capas muy finas, una a una, de diferentes sustancias para crear películas cristalinas.
- CVD de Filamento Caliente (HWCVD): Usa un filamento muy caliente para descomponer los gases.
- CVD Organometálica (MOCVD): Usa precursores que contienen metales y compuestos orgánicos.
- CVD Térmica Rápida (RTCVD): Calienta rápidamente solo el sustrato con lámparas, lo que ayuda a evitar reacciones no deseadas en el gas.
Aplicaciones de la CVD
En Circuitos Integrados
La CVD es fundamental en la fabricación de circuitos integrados (los "cerebros" de los aparatos electrónicos). Diferentes materiales se depositan mejor bajo condiciones específicas.
Polisilicio
El silicio policristalino se deposita a partir de un gas llamado silano (SiH4). La reacción es:
- SiH4 → Si + 2 H2
Esto se hace generalmente en sistemas LPCVD, a temperaturas entre 600 y 650 °C. Se pueden añadir otros gases como fosfina o arsina para "dopar" el polisilicio, es decir, cambiar sus propiedades eléctricas.
Dióxido de Silicio
El dióxido de silicio (conocido como "óxido" en la industria) se puede depositar usando varios gases. Algunas reacciones comunes son:
- SiH4 + O2 → SiO2 + 2 H2
- SiCl2H2 + 2 N2O → SiO2 + 2 N2 + 2 HCl
- Si(OC2H5)4 → SiO2 + subproductos
La elección del gas depende de la temperatura que el sustrato puede soportar. Por ejemplo, el silano se deposita a temperaturas más bajas (300-500 °C), mientras que otros gases requieren temperaturas más altas. El óxido de CVD es de buena calidad, aunque el óxido térmico (crecido por calor) es aún mejor, pero solo se puede usar al principio de la fabricación.
El óxido también puede "doparse" con impurezas como pentóxido de fósforo para que se difundan a otras capas o para suavizar superficies irregulares.
Nitruro de Silicio
El nitruro de silicio se usa como una capa aislante y protectora en los circuitos integrados. Se deposita a partir de silano y amoníaco, o diclorosilano y amoníaco.
- 3 SiH4 + 4 NH3 → Si3N4 + 12 H2
- 3 SiCl2H2 + 4 NH3 → Si3N4 + 6 HCl + 6 H2
Las películas de nitruro de silicio hechas con LPCVD son muy resistentes, pero las hechas con plasma tienen menos tensión y son más flexibles.
Metales
Algunos metales como el molibdeno, tantalio, titanio, níquel y wolframio se depositan comúnmente con CVD. Estos metales pueden formar compuestos útiles llamados siliciuros cuando se depositan sobre silicio. La fuente más común para el wolframio es el hexafluoruro de wolframio.
Fabricación de Diamantes Sintéticos
La CVD es una técnica muy importante para crear diamantes sintéticos. Funciona creando las condiciones adecuadas para que los átomos de carbono de un gas se depositen sobre una superficie y formen una estructura cristalina de diamante.
El crecimiento de diamantes por CVD se realiza a baja presión. Se introducen gases en una cámara, se les da energía (por ejemplo, con un filamento caliente o microondas) para crear un plasma, y los gases se descomponen para que el carbono se asiente y forme el diamante. Siempre se usa una fuente de carbono y, generalmente, también hidrógeno.
Las ventajas de la CVD para diamantes son:
- Grandes Áreas: Se pueden crear diamantes en superficies grandes, de más de quince centímetros de diámetro.
- Crecimiento sobre Sustratos: Permite añadir las propiedades del diamante a otros materiales. Por ejemplo, capas de diamante en la electrónica ayudan a disipar el calor. También se usan en herramientas de corte por su dureza.
- Control de Propiedades: Se pueden controlar las características del diamante producido, como su dureza, suavidad, conductividad y propiedades ópticas, ajustando los gases y las condiciones del proceso.
Véase también
En inglés: Chemical vapor deposition Facts for Kids
- Crecimiento epitaxial
- Deposición en semiconductores
- Pozo cuántico
