Determinación de propiedades estructurales y esfuerzos residuales de películas delgadas de YBaCo4O7+d depositadas sobre sustratos monocristalinos por técnica de Pulverización Catódica

Abstract

Resumen: YBaCo4O7+δ en polvo fue obtenido por medio de reacción en estado sólido estándar a partir de precursores de alta pureza. El polvo fue prensado en pastillas (1 pulgada de diámetro) y sinterizado a 1300 °C por 24 h. Las pastillas fueron utilizadas como targets para el sistema de pulverización catódica dc. De estos targets, se depositaron películas delgadas de YBaCo4O7+δ sobre sustratos monocristalinos, titanato de estroncio (SrTiO3) y zafiro (Al2O3). Las propiedades estructurales del material en diferentes formas (polvo, target y películas delgadas) fueron caracterizados por Difracción de Rayos X (DRX). Las propiedades morfológicas y la composición química de las muestras fueron determinadas por Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y Espectroscopía de Rayos X de Energía Dispersiva (EDS). La morfología superficial de las películas fue estudiada por Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). Las propiedades mecánicas como el coeficiente de expansión térmica, dureza y módulo de Young fueron determinados por dilatometría (DIL) y nanoindentación instrumentada (Nano dureza). Los esfuerzos residuales de las películas fueron estimados analizando los difractogramas de rayos X dentro del marco de referencia del modelo de Williamson-Hall (W-H). Se observó una buena concordancia entre los modelos de Williamson-Hall y la nanoindentación, particularmente con respecto al módulo de Young. Los resultados obtenidos en esta tesis son nuevos y contribuirán a expandir el conocimiento actual acerca de las propiedades mecánicas y fisicoquímicas de la cobaltita YBaCo4O7+δ.

sintered at 1300 °C for 24 h. The pellets were used as targets for the dc sputtering system. From these targets, thin films of YBaCo4O7+δ were deposited on single crystal, strontium titanate (SrTiO3) and sapphire (Al2O3) substrates. Structural properties of the material in different forms (powder, target and thin films) were characterized by X-Ray Diffraction (DRX). Morphological properties and chemical composition of the samples were determined by Scanning Electron Microscopy (SEM) X-ray Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). The surface morphology of the films was studied by Atomic Force Microscopy (AFM). Mechanical properties like thermal expansion coefficient, hardness and Young ́s module were determined by dilotometry (DIL) and instrumented nanoindentation (Nano hardness). The residual stress of the films was estimated by analyzing the X-ray diffractograms within the framework of the Williamson-Hall model (W-H). A good agreement between the W-H models and the nanoindentation was observed, particularly with respect to the Young ́s module. The results achieved are also in good accordance with results reported in the literature. The results obtained in this thesis are novel will contribute to expand the current knowledge about the mechanical and physicochemical properties of the YBaCo4O7+δ cobaltite.