Construcción y calibración de un equipo para la deposición de nanopelículas sol-gel por el método de rotación ó spin-coating
Print
Author(s):
Diego Martínez Hernández - Universidad de nariño - Facultadde Ingeniería Electrónica - Centro de Investigaciones en materiales CIMA
Industry:
University/Education, Research
Products:
LabVIEW
The Challenge:
Construir un sistema electrónico para la deposición de recubrimientos de nanopeliculas sol-gel, por el método de rotación: spin-coating, con interfaz gráfica Hombre-Máquina para el control de la velocidad de rotación de un motor síncrono y automatización y supervisión del proceso de crecimiento de las películas delgadas.
The Solution:
Implementar un programa de control y supervisión del equipo construido para el proceso de crecimiento de nanopelículas en la plataforma de LabVIEW Express 7.0 de National Instruments.
"El software de control y supervisión del sistema para la deposición de las películas esta implementado en LabVIEW 7.0 Express, siendo este, la principal característica de funcionamiento que garantiza un producto con altos índices de calidad."
Introducción
La producción de películas delgadas, en la actualidad, representa uno de los campos tecnológicos con mayores aplicaciones. Las técnicas de deposición de estas películas son variadas, pero las obtenidas por sol-gel proporcionan ventajas respecto a otras por su versatilidad y posibilidad de obtener composiciones singulares.
El centro de investigación en materiales -CIMA- de la Universidad de Nariño construye sensores de varios tipos basados en películas delgadas que se depositan en varias capas sobre sustratos de vidrios sódico cálcicos, usando la técnica conocida como spin-coating o de rotación, método de deposición que es usado solamente por esta universidad convirtiéndola en pionera en este campo.
La respuesta de los sensores depende del espesor de la película y además de la calidad y homogeneidad de la misma. Las películas obtenidas con la técnica del spin-couting muestran una superficie homogénea y un espesor proporcional a la velocidad de rotación del sustrato traduciéndose en sensores de buena calidad y además con la posibilidad de investigar sus respuestas a diferentes espesores.
Controlando la velocidad de rotación de un motor síncrono, por medio de frecuencia generada por la tarjeta de sonido de un computador tipo PC, se logra controlar el espesor de los recubrimientos de las nanopeliculas depositadas.
Un requerimiento inicial del equipo, es la de ser un dispositivo compacto y cuya operación sea bajo una la lógica programable, un sistema de control en lazo cerrado gobernado por un computador, el cual implementa en el sistema la interface HMI (Hombre - Maquina).
Descripción de la Aplicación
El programa de control y supervisión se realizó en NI LabVIEW 7.0 Express, con el cual se controla la velocidad angular del motor a través de la frecuencia de salida de la tarjeta de sonido de un computador. El programa se diseñó para obtener alta eficiencia sin aumentar su complejidad. Se encarga de recibir las variables de control presentes en el proceso como:
• el valor de la velocidad angular del motor en revoluciones por minuto (RPM).
• el tiempo de funcionamiento del motor, al cabo del cual, el motor se desactiva.
• la aceleración angular del motor hasta alcanzar el nivel de frecuencia deseado y la desactivación del proceso.
Además de las variables de control, existen unos indicadores visuales que permiten obtener información del espesor teórico de la nanopelícula y características de funcionamiento del dispositivo como son:
• el valor ingresado de velocidad angular del motor en hertz (indicador numérico).
• la velocidad real o medida del motor en RPM y en hertz (indicador numérico).
• el instante en que se realiza el muestreo (indicador lumínico).
• el ajuste al valor anterior al utilizar retroalimentación (indicador numérico).
• indicador de dentro del rango de tolerancia permitido que corresponde al 3% (indicador lumínico).
El dato principal de entrada al software es la velocidad angular del motor, la cual se introduce como un valor en RPM (revoluciones por minuto), y se calcula cual es la frecuencia de salida para la tarjeta de sonido. Además, el puerto paralelo del computador se encarga de recibir un dato que se utiliza para medir la frecuencia real del motor. La orden de inicio hace que el programa arranque hasta que se cumpla el tiempo seleccionado en la opción de tiempo de funcionamiento.
La aceleración se hace con el fin de evitar una dispersión de la solución empleada al momento de depositarla ya que la fuerza centrífuga a una frecuencia alta no permitiría una deposición homogénea.
La velocidad angular inicia con un valor bajo el cual aumenta gradualmente (incremento en forma de rampa) hasta alcanzar el nivel deseado en donde se estabiliza. Este proceso de aceleración se hace controlando el tiempo de incremento de la frecuencia de la tarjeta de sonido.
La señal de corrección es una retroalimentación negativa del sistema que produce una señal de salida proporcional al error entre la frecuencia teórica y la frecuencia real, con la cual se reduce el error instantáneo para las revolucione del motor.
Conclusión
Se construyó un sistema para la deposición de nanopeliculas por el método rotación o spin-coating controlados mediante una interfaz de computador desarrollada en LabVIEW 7.0 Express controlando la frecuencia de funcionamiento de un motor síncrono por medio de la tarjeta de sonido de un computador PC. Se midieron los espesores de recubrimientos en multicapas obtenidas por el proceso sol gel en el sistema FeO – SiO2, usando el dispositivo construido, arrojando un valor de la monocapa de la nanopelicula que depende fuertemente de la velocidad de rotación. El error experimental encontrado depende de varios factores y su valor se encuentra dentro de los márgenes aceptados. El sistema de spin-coating demostró ser un excelente método para la deposición de recubrimientos en capas delgadas, con un buen control sobre el espesor de las películas durante el depósito.
Related Case Studies
Caracterización y automatización de un electroimán según Weiss para la medida de la magnetorresistencia en manganitas LSMOMáquina-Prototipo para la Fabricación de Nanofibras por Electrohiladura
Control Micrométrico de Posición Basado en SMA-S
|
|