Perfilado de Profundidad a Nanoescala de Dispositivos Optoelectrónicos Utilizando LIBS de UV Profundo

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Química Analítica
• Espectroscopia

Sus antecedentes:

• El perfilado de profundidad elemental a nanoescala preciso es crucial para materiales avanzados como uniones semiconductoras y recubrimientos ópticos.
• La espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS) ofrece perfilado de profundidad a nanoescala pero carece de portabilidad y capacidades de monitoreo en tiempo real.
• La espectroscopia de emisión atómica inducida por láser (LIBS) proporciona detección elemental sensible pero típicamente tiene una resolución de profundidad limitada (~μm).

Objetivo del estudio:

• Demostrar el perfilado de profundidad elemental a nanoescala utilizando LIBS de UV profundo en condiciones ambientales.
• Desarrollar un instrumento LIBS compacto y portátil para la caracterización en tiempo real.
• Lograr una alta resolución de profundidad (~10 s de nm) con sensibilidad elemental de partes por millón.

Principales métodos:

• Se utilizó un láser pulsado de 266 nm (UV-C) acoplado por fibra para LIBS de UV profundo.
• Se lograron profundidades de ablación precisas de ~20-25 nm por pulso.
• Se desarrolló un cabezal óptico compacto (3 × 2 × 1.5 cm³) con enfoque automático y una lente de bola personalizada.

Principales resultados:

• Demostró el perfilado de profundidad a nanoescala con una resolución de ~10 s de nm.
• Logró una sensibilidad de detección elemental de partes por millón.
• Perfiló con éxito dopantes de boro en dispositivos fotovoltaicos de silicio (~650 nm), capas alternas de Ta2O5/SiO2 en espejos dieléctricos (~100-145 nm) y óxido nativo de ~1-2 nm sobre silicio.

Conclusiones:

• La LIBS de UV profundo permite el perfilado de profundidad elemental a nanoescala de alta resolución en condiciones ambientales.
• El instrumento LIBS compacto desarrollado es adecuado para la caracterización portátil en tiempo real de dispositivos ópticos y electrónicos.
• Esta técnica elimina la necesidad de vacío o preparación extensiva de muestras, ofreciendo una alternativa atractiva a los métodos tradicionales.