Preparación de muestras semiconductoras
Saludos mis estimados amigos de las comunidades científicas #steemSTEM y #stem-espanol
La caracterización de los materiales semiconductores está asociado al arte de preparación de muestras y se inicia con el seccionado del lingote en diversas muestras que deben cumplir ciertas dimensiones geométricas para su caracterización estructural, óptica, eléctrica y dieléctrica. Por esta razón les presentaré algunos videos y fotografías del corte de los materiales semiconductores utilizando un equipo de corte de hilo y abrasivos.
Hace un par de meses les compartí una publicación relacionada con el Corte de Lingotes de Semiconductores utilizando una cortadora de disco con incrustaciones de diamantes en su borde, siendo que realiza un devanado de alta precisión y un acabado que sólo requiere un papel de lija (P2000) con tamaño de grano de 10 μm y un pulido con alúmina de 0.1 μm, vimos la oportunidad de ampliar el área de Preparación de Muestras y se adquirió una cortadora de hilo con abrasivos con varios accesorios para el seccionado de materiales en posición horizontal y vertical, pero también a diferentes ángulos. Estas nuevas opciones nos permite seleccionar el plano de corte que se relaciona con las caras de crecimiento del cristal o con los planos cristalográficos que deseemos estudiar.
Afortunadamente me correspondió instalar y poner en funcionamiento la nueva cortadora! El fabricante es Princeton Scientific Corporation, modelo WS-22B High Precision Wire Saw. Espero que cumpla las funciones de minimizar la pérdida de material debido al corte, que el lado cortado no requiera mayor trabajo de lijado y pulido, además que pueda seccionar con un ángulo deseado! Vamos a observar su funcionamiento a continuación:
Cortando un material semiconductor. Fuente: iamphysical
El funcionamiento es con un movimiento de vaivén de todo el sistema portamuestra, mientras que el hilo con abrasivo recorre de lado a lado sobre el lingote y con ayuda del abrasivo adecuado va produciendo el seccionado.
Movimiento del sistema de portamuestra. Fuente: iamphysical
Recordemos que las dimensiones geométricas para la difracción de rayos X es indiferente, ya que se requiere triturar el semiconductor hasta hacerlo polvo, mientras que para la transmisión óptica se necesita una oblea extremadamente delgada (< 80 μm), cuya precisión la aporta este equipo. Finalmente, para la caracterización eléctrica se hacen los cortes para obtener una configuración geométrica de un paralelepípedo y los accesorios móviles permiten el seccionado: horizontal, vertical y lateral de la muestra, así que esta cortadora se convierte en mi aliado versátil para la preparación de muestras.
Accesorios para el corte de lingotes de semiconductores
En primer lugar, debo referirme al sistema de corte que es realizado con un hilo o alambre de tungsteno de aproximadamente 50 μm de diámetro. Comparado con el disco diamantado de la Buehler con diámetro: 33" (76 mm), espesor: 0.0063" (0.15 mm) y referencia 11-4243, representa un ahorro de material devastado de casi 3 veces!
Carrete con hilo de tungsteno de 50 μm. Fuente: iamphysical
Este hilo viene enrollado en un carrete y se extiende por todo el sistema de corte y se enrolla lentamente en otro carrete, evitando así que se desgaste en un solo sitio y tienda a romperse el hilo.
Abrasivos y Lubricantes para el corte. Fuente: iamphysical
La Glicerina y el Aceite de Corte actúan como lubricantes y refrigerantes, pero también como medio líquido para producir la mezcla con el material abrasivo que viene en forma de polvo. Normalmente el Carburo de Silicio (SiC) en grado 800 o 600 es el más empleado en mis materiales semiconductores, ya que obtengo una velocidad de corte más rápida (10 mm/h) aunque el acabado tiende a dejar la marca del hilo. También dispongo de Carburo de Boro (B4C) de grado 1000 que es más lento el corte, pero la rugosidad y surcos de marcas en las muestras es casi nula.
Mientras que adquiría experiencia en el manejo de esta cortadora de hilo, aproveché de hacer varios cortes en forma de obleas que voy a usar en la fabricación de prototipos de celdas solares. Mi proyecto será en analizar la eficiencia de la celda variando el espesor del material absorbente, tal como se usó en la celda solar de CuInSe2 con espesor de 1 mm.
Variación de la brecha de energía con la temperatura. Fuente: iamphysical
En la siguiente fotografía podemos observar el seccionado que realicé en un lingote de un semiconductor Cu-Ga-Te. Aquí se puede detallar la diferencia en el espaciamiento de cada corte y el diámetro del hilo de tungsteno que se ubica al centro del lingote.
Varios cortes del lingote de Cu-Ga-Te. Fuente: iamphysical
Bibliografía y lecturas recomendadas:
○ Carburo de Boro
○ Carburo de Silicio
○ Slideways Lubrication WS-22B
○ Oblea
○ Corte Láser de Semiconductores
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