PRESENTACIÓN

El curso está dirigido a licenciados, ingenieros y técnicos de la industria, implicados en la preparación de capas delgadas mediante técnicas de vacío, investigación en superficies, etc., así como a alumnos de Máster universitario que cursen asignaturas en disciplinas afines.

El estudio de materiales en forma de lámina delgada es sin duda uno de los temas de mayor actualidad, tanto desde el punto de vista científico como tecnológico. Este campo, que se inició con el desarrollo de estructuras multicapa en microelectrónica, se ha ido extendiendo a otros campos como el de la protección metalúrgica (capas anticorrosivas) y de componentes mecánicos (recubrimientos duros o antidesgaste), la preparación de capas con propiedades ópticas, magnéticas o superconductoras y la formación de nanoestructuras. Este desarrollo ha ido acompañado de un crecimiento paralelo de técnicas fisico-químicas de caracterización (espectroscopías de electrones, microscopía túnel, etc.), las cuales están siendo utilizadas en numerosos laboratorios en todo el mundo. A lo largo del curso se revisan los diferentes problemas relacionados con las técnicas de síntesis, la caracterización, las propiedades y aplicaciones de las capas delgadas.

Es pues importante ofrecer a estudiantes graduados la posibilidad de adquirir una formación sólida en todos estos aspectos, básicos y aplicados, para completar así su formación académica. Dado el carácter multidisciplinar de esta materia, se cuenta con un panel de profesores con amplia experiencia y especialización en los diferentes problemas relacionados con el desarrollo de las capas delgadas y tratamiento de superficies que colaboran en las enseñanzas de este curso.

El curso consta de 40 h. teóricas, así como sesiones prácticas opcionales en los laboratorios del CSIC. El temario consta de cuatro bloques fundamentales: el primero, introductorio, dedicado a los problemas de vacío y física de plasmas, va seguido de un segundo bloque donde se describen las diferentes técnicas de deposición de capas delgadas, incluidos los fenómenos que se suceden durante su crecimiento; en el tercer bloque se estudian las técnicas analíticas de caracterización de las capas (composición, estructura, morfología, etc). El curso finaliza con varios temas dedicados a las aplicaciones de las láminas delgadas y recubrimientos en diversos sectores tecnológicos de máxima actualidad: microelectrónica, optoelectrónica, recubrimientos duros, protección contra corrosión, etc.

ORGANIZACIÓN 
Se trata de un Curso de Especialización sobre las técnicas de preparación y de caracterización de capas delgadas. Al mismo tiempo, se describen también los problemas fundamentales asociados al crecimiento de las capas y las variables que lo determinan, así como las propiedades y aplicaciones de láminas delgadas en diferentes campos de la tecnología (recubrimientos duros, protección contra la corrosión, capas decorativas, magnéticas, ópticas, etc.).

El curso se desarrolla íntegramente en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) del CSIC y forma parte también, como asignatura optativa, del Máster en "Ciencia y Tecnología de Materiales" de la Universidad Carlos III de Madrid ("UC3M") con una asignación de 6 créditos ECTS. Además, los alumnos de Máster de otras especialidades o de otras facultades universitarias pueden solicitar en sus respectivos departamentos la convalidación del curso por los créditos correspondientes de libre configuración. Las clases tendrán lugar durante dos semanas en sesiones tarde (ver calendario).

La evaluación de los alumnos se hace en función de su rendimiento a lo largo del curso, fundamentalmente, a través de cuestionarios de seguimiento diario y también por el grado de participación en las clases. Para la calificación final se requiere un mínimo de asistencia presencial del 85 %. Opcionalmente, los alumnos interesados en mejorar su calificación podrán realizar un trabajo monográfico sobre alguno de los aspectos relacionados con los temas impartidos. Los alumnos que superen las pruebas de seguimiento recibirán un Diploma acreditativo extendido por el Dpto. de Postgrado del CSIC. 
 

El curso está coordinado por los investigadores del ICMM: Prof. José Mª Albella y Dr. Raúl Gago). Así mismo, colaboran en el desarrollo de los diferentes temas expertos del ICMM (Isabel Montero, David Levy, Mercedes Fernández, Jose Mª González, José Angel Martín-Gago, Ignacio Jiménez y Ramón Escobar), así como investigadores de otros centros del CSIC (Iñaki García, CENIM; Carmen N. Afonso, Inst. Óptica; y Luisa González, Inst. Microelectrónica de Madrid).

PROGRAMA

TEMA 0:	Introducción. Recubrimientos y láminas delgadas: Propiedades y Aplicaciones (Dr. J.M. Albella)
	Características del sistema Recubrimiento/Substrato. Aplicaciones de los recubrimientos y láminas delgadas. Visión general de las técnicas de preparación. Aspectos 'críticos' en el desarrollo de las aplicaciones de las capas delgadas. Criterios de selección de las técnicas de deposición. Objetivos del Curso. Programa de trabajo. Resumen y conclusiones.
TEMA 1:	Técnicas de Vacío (Dr. J. M. Albella)
	Conceptos básicos de vacío: Terminología y unidades de vacío, Flujo y conducción de gases, Evacuación y proceso de bombeo, Requerimientos de vacío en los equipos de deposición de capas delgadas, Esquema de equipos básicos de vacío. Equipos para la obtención de vacíos bajos y medios: Bombas rotatorias, Bombas Roots'. Sistemas de obtención de alto vacío: Bombas de difusión, Bombas turbomoleculares, Bombas criogénicas. Sistemas para ultra-alto vacío: Bombas de sorción, Bombas de sublimación, Bombas iónicas. Equipos medida y control de la presión: Manómetros de membrana, Manómetros térmicos, Manómetros de ionización, Medidores de flujo másico de gases. Resumen y conclusiones.
TEMA 2:	Descargas eléctricas en medios ionizados: Plasmas (Dr. J.M. Albella)
	Introducción. Conceptos generales de plasmas. Descargas eléctricas entre dos electrodos. Regiones dentro de las descargas luminosas. Ley de Paschen. Características generales de los plasmas usados en las técnicas de deposición de capas. Comparación entre los diferentes tipos de plasma. Procesos del plasma en corriente continua y alterna. Descargas capacitivas e inductivas. Plasmas fríos y plasmas térmicos. Aplicaciones de los plasmas en el procesado de los materiales. Ejemplos. Resumen y conclusiones.
TEMA 3:	Técnicas de deposición física en fase vapor (PVD) I: Evaporación térmica, arco, proyección térmica, etc. (Dr. J.M. Albella)
	Fundamentos físicos de la evaporación térmica: Conceptos básicos teoría cinética de gases, Ecuación Hertz-Knundsen, Efecto de la direccionalidad. Fuentes de evaporación: Filamento y hoja metálica, Crisoles, Fuentes de sublimación, Células de efusión (Knundsen), Cañón de electrones. Evaporación de aleaciones, mezclas y compuestos. Evaporación reactiva y activada (ARE). Otros métodos de evaporación: Ion plating. Evaporación por arco catódico. Evaporación por láser. Proyección térmica. Resumen y conclusiones.
TEMA 4:	Técnicas de PVD II: Deposición mediante bombardeo catódico ('sputtering') (Dr. R. Gago)
	Introducción. Mecanismos básicos de 'sputtering'. Eficiencia de 'sputtering'. 'Sputtering' de aleaciones y compuestos. Técnicas de 'sputtering' en corriente continua (DC): Diodo planar, 'Sputtering' magnetrón (diferentes configuraciones), Magnetrón no-balanceado. 'Sputtering' en corriente alterna (RF). 'Sputtering' reactivo. Técnicas avanzadas de sputtering: pulsado, con alta ionización (HIPIMS). Aplicaciones. Resumen y conclusiones.
TEMA 5:	Técnicas de PVD III: Deposición por haces de iones. (Dr. I. Jiménez)
	Introducción: Procesado de materiales mediante bombardeo con iones. Aplicación en la preparación de capas y en el tratamiento de superficies. Procesos de interacción de partículas energéticas con superficies. Fuentes para la producción de haces de iones: fundamentos básicos, tipos de fuentes. Distinción entre haces de iones y plasmas: deposición mediante haces de iones dirigidos, evaporación + bombardeo de iones. Técnicas físicas de deposición con bombardeo de iones. Ejemplos de aplicación de las fuentes de iones en la preparación de capas: limpieza de substratos con haces de iones, bombardeo durante la deposición. Resumen y conclusiones.
TEMA 6:	Técnicas de PVD IV: Deposición epitaxial mediante haces moleculares (MBE) (Dra. A. Ruiz)
	Introducción. Fundamentos de la técnica. Equipo experimental: técnicas auxiliares (QMS), técnicas de caracterización in-situ (RHEED, RDS, etc). Necesidad de un laboratorio. Aplicaciones: Generalidades. Crecimiento MBE de semiconductores III-V: Curiosidades. Modificaciones (MOMBE, CBE, etc).
TEMA 7:	Técnicas de deposición química en fase de Vapor (CVD) (Dr. J.M. Albella)
	Introducción. Aspectos básicos de las reacciones de CVD: Fundamentos de la técnica de CVD. Cinética de las reacciones de CVD. Clasificación de las técnicas de CVD. Técnicas de CVD activado térmicamente (APCVD y LPCVD). Técnicas de CVD asistido por plasma (PACVD). Técnicas CVD asistido por láser (LCVD). Equipos de CVD para la producción. Requerimientos básicos de un equipo de CVD. Reactores de CVD asistidos por plasma. Ejemplo de deposición de mediante la técnica de CVD: capas de SiO2.Algunas variantes de las técnicas de CVD. Resumen y conclusiones.
TEMA 8:	Preparación de recubrimientos por Sol-Gel: Aplicaciones en óptica y electro-óptica (Dr. D. Levy)
	Introducción: El proceso Sol-Gel: principios básicos. Sistema híbrido: matriz inorgánica-molécula orgánica (en 'bulk' y película delgada). 'Doping': Preparación y optimización. Ejemplos de vidrios sol-gel con aplicaciones ópticas y electroópticas: a) Vidrios Láser. Absorción y fluorescencia de Láseres de colorante ('Dye Laser'). Estabilidad fotoquímica. Importancia del método de preparación en la optimización. b) Vidrios fotocrómicos: Fotocromismo. Moléculas fotocrómicas etiquetas ('probes') para el estudio del proceso Sol-Gel. Importancia del método de preparación en la optimización. c) Cristales líquidos dispersos en lámina delgada de vidrio ('Glass Dispersed Liquid Crystals', GDLC): El estado cristal líquido. Preparación de películas de GDLC. Caracterización: conmutación y respuesta óptica y dinámica de GDLC's. Pantallas GDLC de color por reflexión. Importancia del método de preparación en la optimización.
TEMA 9:	Métodos químicos y electroquímicos de deposición (Dra. I. Montero)
	Métodos químicos y electroquímicos de deposición de películas delgadas: a) Sistemas no-polarizados. b) Sistemas polarizados. Métodos de oxidación para la formación de películas dieléctricas: Oxidación térmica, Oxidación plasma de R.F., Oxidación anódica. Preparación de materiales porosos y nano-materiales. Modelos teóricos. Aplicaciones.
TEMA 10:	Mecanismos de nucleación y crecimiento de capas delgadas. Influencia en la morfología (Dr. J.M. Albella)
	Proceso de crecimiento de capas delgadas. Etapas: Llegada de átomos a la superficie.. Absorción/desorción sobre la superficie del substrato. Difusión superficial. Incorporación a la superficie. Nucleación y primeros estadios del crecimiento de la película. Crecimiento de capas continuas. Influencia de los parámetros del crecimiento. Resumen y conclusiones.
TEMA 11:	Caracterización Estructural y Morfológica de Láminas Delgadas: I. Espectroscopías de Electrones y Fotones (AES, XPS) (Dra. I. Montero)
	a) Espectroscopía de electrones Auger (AES): Transiciones Auger, Técnica experimental, Análisis cuantitativo, Análisis en profundidad, perfiles Auger. b) Espectroscopía de fotoelectrones de rayos X: Consideraciones experimentales, Energía cinética de fotoelectrones, Espectro de energías, Energía de enlace y efectos de estado final, Desplazamientos de energía, desplazamiento químico. Análisis cuantitativo. Ejemplos de aplicación al estudio de sistemas de lámina delgada (Crecimiento de Si sobre substrato de AsGa. Oxidación de arseniuro de galio. Comportamiento de barrera de difusión. Reactividad de materiales (sistema Co-Si). Estabilidad de aleaciones. Estabilidad de dispositivos.
TEMA 12:	Caracterización Estructural y Morfológica de Láminas Delgadas: II Técnicas de Radiación Sincrotrón (EXAFS, XANES, PES, etc.) (Dr. I. Jiménez)
	La radiación sincrotrón. Instalaciones y equipamiento: aceleradores de partículas y óptica de rayos X. Interacción inelástica fotón-materia: absorción y emisión. Técnicas asociadas a la absorción de rayos-X: EXAFS, SEXAFS, XANES, PES, ARPES, SXF, etc. Interacción elástica fotón-materia: difracción. Técnicas de difracción con haces intensos: difracción de superficies, bajo ángulo, magnética, etc. Aplicaciones al estudio de láminas delgadas.
TEMA 13:	Caracterización Estructural y Morfológica de Láminas Delgadas: III Microscopía Electrónica y de Efecto Túnel, TEM, SEM, STM, AFM, etc. (Dr. J.A. Martín Gago)
	Introducción a la microscopía. (a) Microscopía óptica: Conceptos y principios. Microscopía electrónica: Producción de un haz de electrones, Interacción de los electrones con la materia. Resolución y contraste. Aplicaciones. Ventajas e Inconvenientes. (b) Microscopios de barrido "tipo sonda": Introducción. Microscopio de Efecto Túnel (STM): Principio de funcionamiento, modos de operación, espectroscopía y aplicaciones. Microscopio de Fuerzas Atómicas (AFM): Principio de funcionamiento. Comparación entre los distintos microscópicos.
TEMA 14:	Caracterización Estructural y Morfológica de Láminas Delgadas: IV. Técnicas de análisis con haces de iones energéticos (IBA) (Dra. I. Montero)
	Introducción y conceptos generales de las técnicas IBA. Fundamentos de la interacción de iones energéticos con superficies y láminas delgadas. Colisión elástica binaria. Espectrometría de retrodispersión Rutherford (RBS) y retroceso elástico de iones (ERDA). Otras técnicas de análisis (canalización, NRA, PIXE). Instrumentación básica y avanzada para el uso de las técnicas IBA.
TEMA 15:	Caracterización de láminas delgadas: V. Técnicas ópticas y espectroscópicas (Dr. F. Agulló-Rueda)
	Introducción. Ondas electromagnéticas. Polarización de la luz. Interacción de la luz con medios materiales. Polarizabilidad. Bandas de energía electrónicas. Propiedades ópticas. Parámetros ópticos. Índice de refracción y coeficiente de extinción. Ventanas de transparencia de algunos materiales. Dispersión, difusión e interferencia de la luz. Propiedades vibracionales. Propiedades ópticas de multicapas. Filtros interferenciales y espejos Bragg. Recubrimientos ópticos. Técnicas ópticas y espectroscopicas. Absorción y reflectancia. Elipsometría. Fotoluminiscencia y catodoluminiscencia. Emisión atómica y LIBS. Espectroscopías vibracionales: infrarrojo y Raman. Resumen y conclusiones.
TEMA 16:	Propiedades y aplicaciones mecánicas de los recubrimientos (Dr. J.M. Albella)
	Introducción. Propiedades mecánicas de los materiales: Módulo elástico, Dureza, Tenacidad, etc. Propiedades tribológicas: Fricción, Desgaste, etc. Otras propiedades asociadas las capas delgadas: Tensiones internas, Adherencia. Medida de las propiedades mecánicas de recubrimientos. Aplicaciones. Selección de materiales: a) Recubrimientos duros, b) Recubrimientos blandos. Recubrimientos funcionales: Requerimientos y técnicas de preparación. Aplicaciones tecnológicas: Herramientas de corte e implantes biomédicos. Resumen y conclusiones.
TEMA 17:	Aplicaciones químicas de los recubrimientos: Protección contra la corrosión (Dr. I. García)
	Introducción: Principios básicos de la corrosión. Materiales utilizados en revestimientos protectores. Técnicas de preparación de recubrimientos metálicos y de modificación superficial: a) Implantación iónica: Características generales y Equipos; b) Láser: Aleación y Plaqueado ('Laser Cladding'), Propiedades de los recubrimientos por láser.
TEMA 18:	Aplicaciones de las láminas delgadas en Optica y Optoelectrónica (Dra. C. N. Afonso)
	Propiedades ópticas de láminas delgadas y respuesta plasmónica de nanopartículas metálicas. Aplicaciones a recubrimientos y su personalización. Introducción a la óptica integrada y fotónica, incluyendo sistemas para la generación, modulación y conmutación ópticas así como algunos ejemplos de sensores. Sistemas para el almacenamiento óptico digital: memorias ópticas por cambio de fase.
TEMA 19:	Propiedades magnéticas de las capas delgadas. Aplicaciones (Dr. J.M. González)
	Introducción: magnetismo de momentos localizados y de momentos itinerantes, anisotropía, histéresis y relajación de la imanación. Películas magnéticas metálicas: obtención, propiedades intrínsecas y propiedades histeréticas. Películas magnéticas no metálicas: obtención, propiedades intrínsecas y propiedades histeréticas. Aplicaciones de las películas magnéticas: registro magnético de información. El futuro de las películas magnéticas: magneto-electrónica.
TEMA 20:	Aplicaciones de capas delgadas en dispositivos electrónicos (Dr. J.M. Albella)
	Introducción: Papel de las capas delgadas en los dispositivos integrados. Estructura de capas en un dispositivo integrado. Tecnología planar: fotolitografía. Preparación del substrato. Crecimiento y deposición de capas aislantes. Implantación de dopantes. Deposición de contactos y capas conductoras. Resumen y conclusiones.
TEMA 21:	Prácticas de Laboratorio: Preparación de capas delgadas mediante técnicas de "Sputtering" y CVD (Opcional). (Dr. J.M. Albella)

Fechas previstas de celebración:
Temas 0 a 10: Semana del 6 al 10 de Mayo de 2019
Temas 11 a 21: Semana del 20 al 24 de Mayo de 2019
Horario de clases: 15:15 a 19:30h

Inscripciones en la página web del curso: http://www.icmm.csic.es/fis/espa/curso.html