Deposición de partículas sobre superficie plana y cavidad rectangular mediante simulaciones monte-carlo. Aplicaciones ópticas

Resumen

Muchos fenómenos, tanto naturales como industriales, están relacionados con los procesos de crecimiento superficial, constituyendo hoy en día un campo muy activo de investigación y desarrollo. En particular, el estudio de la creación de dispositivos de capa fina tiene a día de hoy un gran número de aplicaciones tecnológicas en campos como la microelectrónica, óptica o mecánica. El estudio de los distintos parámetros que describen estos procesos es de vital importancia para poder controlarlos. Existe una gran cantidad de trabajos y modelos que describen este tipo de dispositivos, pero ninguno lo hace completamente. Por ello, en este trabajo el objetivo primordial de la investigación es desarrollar un novedoso modelo de deposición de partículas sobre superficie plana y con cavidad rectangular, el cual ampliará la posibilidad de descripción de dichos sistemas reales. Además, se relacionará los resultados obtenidos con posibles aplicaciones prácticas de los modelos, en particular se centrará en las aplicaciones ópticas más importantes. El modelo investigado, al cual se denominará PARM (Potential Adherence Rule Model) hará uso de las simulaciones Monte-Carlo para su desarrollo. El aspecto más importante que caracteriza dicho modelo es la inclusión de una barrera de potencial de adhesión asimétrica entre partículas, lo cual va a permitir que éste describa un mayor número de clases de universalidad. Paralelamente al desarrollo del modelo PARM, se rehace y amplía otro modelo de deposición de partículas el cual se denominará SARM (Standard Adherence Rule Model), carente de la barrera de potencial de adhesión. SARM es un modelo ya estudiado de forma parcial por otros autores, el cual será ampliado y desarrollado de forma paralela y comparada con PARM, demostrando que el modelo SARM es mucho más limitado que PARM. Las magnitudes físicas que se estudian de ambos casos son: las morfologías de crecimiento de los sustratos, altura media de crecimiento, rugosidad de la interfase, momento de orden tres y cuatro, dimensión fractal, perfiles de densidad, energía de enlace y perímetro del depósito, así como, el grado de recubrimiento del depósito en los primeros instantes de tiempo. Todo este estudio se realiza en el tiempo hasta que el sistema alcanza la saturación y en todo el intervalo de números de Peclet, además las simulaciones se hacen sobre dos geometrías iniciales distintas, una sobre superficie plana y otra sobre una superficie con cavidad rectangular. La conclusión más importante obtenida en este trabajo es que la inclusión de un potencial asimétrico de adhesión permite describir mayor número de clases de universalidad, en particular el modelo PARM puede describir las clases de Edward-Wilkinson (E-W), Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) y Random Deposition, mientras que el modelo SARM únicamente puede describir la clase E-W, por todo ello PARM es un sistema más completo que SARM. Posteriormente al desarrollo de dichos modelos se hará un estudio de las posibles aplicaciones prácticas que éstos tienen en el campo de la Óptica. En particular, se relacionarán dichos modelos con procesos industriales reales de deposición de capa fina, así como con dispositivos ópticos reales como son las láminas lambda cuartos, recubrimientos antirreflectantes, y guías dieléctricas. Permitiendo el desarrollo de los modelos SARM y PARM predecir determinados comportamientos en el crecimiento de la capa fina que lleven a optimizar los procesos industriales de deposición, en particular la evolución de la interfase y la porosidad del depósito, los cuales están relacionados directamente con los parámetros ópticos de reflectancia, transmitancia, absorbancia e índice de refracción. Aunque la bibliografía acerca del tema es muy extensa, se presenta a continuación la más más importante: 1. F. D. A. Aarão Reis. ¿Roughness fluctuations, roughness exponents and the universality class of ballistic deposition¿. Phys. Rev. A 364, pp. 190- 196 (2006). 2. J. M. Albella. ¿Láminas delgadas y recubrimientos: Preparación, propiedades y aplicaciones¿. 1st Ed. (José M. Albella, Madrid, España, 2003). 3. T. V. Amotchkina, S. Schlichting, H. Ehlers, M. K. Trubetskov, A. V. Tikhoravov y D. 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