Evaluación teórica de la reflectancia en capas delgadas de Al/SiO2 depositadas mediante sputtering para aplicaciones en recubrimientos ópticos

Ortega Cabrera, Jesús Javier (2021) Evaluación teórica de la reflectancia en capas delgadas de Al/SiO2 depositadas mediante sputtering para aplicaciones en recubrimientos ópticos. Maestría thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

La mejora de las propiedades ópticas de un material, tales como la reflectancia, implica la compleja búsqueda de los parámetros experimentales óptimos en su proceso de obtención. La utilización de un software computacional para la simulación de estos procesos de crecimiento de capas delgadas representa un beneficio sustancial debido a la no dependencia de un sistema real, así como la posibilidad de explorar un mayor rango de magnitudes físicas involucradas. Además, existiendo la necesidad en la industria automotriz, Varroc Lighting Systems© se ha dado a la tarea de mejorar la reflectancia del aluminizado en sus faros, por ello llevamos a cabo el desarrollo, mediante el software NASCAM®, el cual utiliza el método cinético de Monte Carlo para desarrollar un modelo del sistema físico a estudiar en una escala nanométrica, este nos permitirá analizar la influencia de las diferentes magnitudes que pueden afectar la reflectancia del material. Para ello se desarrolló una metodología que contempla llevar a cabo la deposición del material a dos diferentes temperaturas del sustrato, también se modificaron los ángulos a los cuales se deposita el aluminio en su fase vapor mediante la técnica de sputtering y por último se varió en dos valores diferentes la velocidad a la cual los átomos de aluminio se depositan sobre el sustrato. Como resultado final se comprobó que las magnitudes como el ángulo de deposición, el espesor del recubrimiento y la velocidad a la cual se deposita el material influyen en la reflectancia, no así la temperatura del sustrato. Se obtuvo que para un ángulo de deposición de 0º y una razón de 0.404 nm/s para la deposición, la reflectancia fue máxima con un valor de 89.1%, para los 550 nm de longitud de onda en el rango del espectro visible. El espesor del recubrimiento donde se obtuvieron estos valores, fue el correspondiente al intervalo de los 80 nm. También se pudo comprobar ciertas relaciones existentes entre la rugosidad y el espesor de la muestra, así como el aumento de la reflectancia, a medida que espesor del recubrimiento aumentaba, hasta alcanzar un máximo en el intervalo antes mencionado. Abstract Improving the optical properties of a material, such as reflectance, involves the complex search for the optimal experimental parameters in its production process. The use of computer software for the simulation of these thin layer growth processes represents a substantial benefit due to the non-dependence on a real system, as well as the possibility of exploring a greater range of physical quantities involved. In addition, there being a need in the automotive industry, Varroc Lighting Systems© has taken on the task of improving the reflectance of the aluminized in its headlights, for this reason we carry out the development, using the NASCAM® software, which uses the kinetic method of Monte Carlo to develop a model of the physical system to study on a nanometric scale, this will allow us to analyze the influence of different magnitudes that can affect the reflectance of the material. For this, a methodology was developed that contemplates carrying out the deposition of the material at two different temperatures of the substrate, the angles at which the aluminum is deposited in its vapor phase were also modified by means of the sputtering technique and finally it was varied in two different values are the speed at which the aluminum atoms are deposited on the substrate. As a final result, it was found that magnitudes such as the deposition angle, the thickness of the coating and the speed at which the material is deposited influence reflectance, but not the temperature of the substrate. It was obtained that for a deposition angle of 0º and a ratio of 0.404 nm/s for the deposition, the reflectance was maximum with a value of 89.1%, for the 550 nm wavelength in the range of the visible spectrum. The thickness of the coating where these values were obtained, was the one corresponding to the 80 nm interval. It was also possible to verify certain relationships between the roughness and the thickness of the sample, as well as the increase in reflectance, as the thickness of the coating increased, until reaching a maximum in the aforementioned interval.

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