Efectos de la oxidación en la superficie de películas delgadas de cobre

Abstract

Uno de los materiales más utilizados para transportar corriente eléctrica es el cobre. Su baja resistividad eléctrica, alta conductividad térmica y bajo costo lo convierten en un material ideal para la fabricación de sensores, semiconductores y paneles solares. Sin embargo, a pesar de sus atributos deseables, este material es muy reactivo a las condiciones atmosféricas, sufriendo un proceso de oxidación que degrada sus propiedades, especialmente las relacionadas con el transporte eléctrico. En este trabajo se estudió el efecto del proceso de oxidación a baja presión sobre la morfología superficial del cobre. Para ello, se evaporó térmicamente una película de 20 nm de espesor desde un canastillo de tungsteno en un sistema de alto vacío (HV) sobre mica moscovita. Esta cámara de fabricación cuenta con una válvula de aguja que controla el flujo de gas y la presión, lo que permite realizar un proceso de oxidación controlado. Además, la cámara HV está conectada a una cámara de ultra alto vacío (UHV) equipada con un microscopio de efecto túnel, lo que permite transferir la muestra sin exponerla a las condiciones ambientales. Para la caracterización de las muestras, se obtuvieron al menos ocho imágenes topográficas para cada condición de oxidación en diferentes posiciones de la superficie (de tamaño 250 × 250 nm², es decir, 512 × 512 píxeles). Posteriormente, estas imágenes se analizaron con el software WSxM para obtener la función de correlación de diferencia de altura g(R) y su dependencia con las distancias R. Dicha función se ajustó mediante un modelo de superficie autoafín, determinando los parámetros que la describen: δ (rugosidad de la superficie), ξ (longitud de correlación) y H (exponente de rugosidad). Las muestras fueron expuestas a dos condiciones de oxidación durante tres minutos, etiquetadas según la presión de aire alcanzada en la cámara: 10⁻³ y 10⁻¹ Pa. Los resultados mostraron que g(R) y sus parámetros cambiaron de representar una superficie estándar de cobre a una “mucho más rugosa” (tipo gaussiana) debido al proceso de oxidación. Este cambio se cuantificó mediante un aumento significativo de la rugosidad superficial δ.