Innovador método permite controlar en tiempo real el crecimiento de películas delgadas de óxido de hierro

Investigadores de la Universidad de Tsukuba han desarrollado una innovadora tecnología que permite la estimación en tiempo real del estado de valencia y la tasa de crecimiento de películas delgadas de óxido de hierro durante su formación. Este avance se ha logrado mediante el análisis de datos completos de espectros de emisión de plasma generados durante el proceso de sputtering reactivo, utilizando técnicas de aprendizaje automático. Se prevé que esta tecnología facilite un control de alta precisión en el proceso de deposición de películas.

Las películas delgadas de óxido y nitruro metálico son ampliamente utilizadas en dispositivos electrónicos y materiales energéticos. El sputtering reactivo es una técnica versátil para depositar estas películas, que consiste en reaccionar un metal objetivo con gases como oxígeno o nitrógeno. Sin embargo, uno de los principales desafíos de este proceso es la transición de la superficie del objetivo entre estados metálicos y compuestos, lo que causa grandes fluctuaciones en la tasa de crecimiento y composición de las películas. Actualmente, existen métodos limitados para el monitoreo en tiempo real del estado químico y la tasa de deposición de los materiales durante la formación de películas.

Técnica de Análisis de Componentes Principales

Para abordar este desafío, se empleó una técnica de aprendizaje automático basada en el análisis de componentes principales, que examinó masivos espectros de emisión generados dentro de un plasma de sputtering reactivo. Este análisis se centró en evaluar el estado de formación de las películas delgadas. Los resultados, publicados en la revista Science and Technology of Advanced Materials: Methods, indicaron que el estado de valencia de las películas delgadas de óxido de hierro se identificó con precisión utilizando únicamente los primeros y segundos componentes principales de los espectros. Además, la tasa de crecimiento de la película fue predicha con alta precisión.

Una de las ventajas destacadas de este enfoque es su capacidad para utilizar información de longitud de onda completa, a diferencia de los métodos que dependen de líneas espectrales específicas o cristales de cuarzo. Asimismo, se demostró que los espectros representativos correspondientes a diferentes estados de valencia podrían ser reconstruidos mediante una combinación de componentes principales que caracterizan cada fase del óxido, lo que hace que el método sea efectivo para la identificación de materiales.

La metodología propuesta podría mejorar la comprensión de los procesos de sputtering reactivo, al mismo tiempo que se aplica como tecnología de control de deposición de películas en tiempo real. Se anticipa una futura expansión hacia otros materiales de óxido y nitruro metálico, así como sistemas de control automatizado para los procesos de deposición, contribuyendo así al avance de los materiales electrónicos y dispositivos energéticos, así como a una mayor eficiencia en la manufactura.