Evaluación del efecto del potencial de bias en el crecimiento de una película de enlace de CrC obtenida por "magnetron sputtering"

T eball de Fi de G au
G au en enginye ia en ecnologies indus ials
E aluación del e ec o del po encial de bias
en el c ecimien o de una película de enlace
de C C ob enida po "magne on
spu e ing"
MEMORIA
Au o : Lucas T ias Ma zá
Di ec o : C isan o José Villalobos Gu ié ez
Con oca o ia: Ene o 2025
Pàg. 2 Memo ia
Escola Tècnica Supe io
d’Enginye ia Indus ial de Ba celona
E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
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Resum
La c eixen demanda de ma e ials amb un al endimen ibològic i esis ència a la co osió
pe a di e ses aplicacions indus ials, mèdiques, ene gè iques, e c., ha gene a un g an
in e ès pe ac amen s supe icials econòmics i e ec ius, com poden se el PVD o el CVD.
Dins d’aques es p opos es es oben les pel·lícules o mades pe DLC, “Diamond-like
Ca bon”, que p esen en un compo amen excel·len a ni ell supe icial. No obs an això,
aques es pel·lícules no semp e enen una bona adhe ència als subs a s me àl·lics u ili za s
ípicamen , i pe aques mo iu s’u ili za una capa d’anco a ge que pe me l’acoblamen en e
la pel·lícula de DLC i el subs a me àl·lic. Aques a millo a en el ac amen DLC é el
po encial de millo a el endimen i la iabili a de p ò esis, componen s mecànics i una
in ini a d’al es p oduc es, eduin cos os i l’impac e ambien al.
En la p esen in es igació s’a alua à l’e ec e del po encial de “bias” en el c eixemen
d’aques es capes d’anco a ge de ca bu de C om.
Amb aques a a aluació es p e én oba un po encial de bias idoni pe a l’adhe ència de la
pel·lícula DLC al subs a .
La ca ac e i zació es eali za à a a és de les ècniques de mic oscòpia elec ònica de
as eig pe emissió de camp (FESEM) i mic oscòpia elec ònica de ansmissió d’al a
esolució (HRTEM), p enen ima ges an en camp cla , camp osc com en di acció
d’elec ons d’à ea selec a.
Pàg. 4 Memo ia
Resumen
La c ecien e demanda de ma e iales de g an desempeño ibológico y esis encia a la
co osión pa a dis in as aplicaciones indus iales, médicas, ene gé icas e c., ha gene ado
un g an in e és en a amien os supe iciales económicos y e ec i os, como pueden se el
PVD o CVD. Den o de es as p opues as, se encuen an las películas o madas po DLC
“Diamond-like Ca bon”, las cuales ienen un compo amien o excelen e a ni el supe icial.
Sin emba go, es as películas no siemp e p esen an un buen anclaje en los subs a os
me álicos usados ípicamen e, es po ello que se usa una capa de anclaje que pe mi e el
acople en e la película de DLC y el subs a o me álico. Es a mejo a en el a amien o DLC
iene el po encial de mejo a el endimien o y iabilidad de p ó esis, componen es
mecánicos y in inidad de o os p oduc os, educiendo cos es y impac o ambien al.
En la p esen e in es igación e alua emos el e ec o del po encial de “bias” en el c ecimien o
de es as película de anclaje de Ca bu o de C omo.
Con es a e aluación se p e ende encon a un po encial de bias idoneo pa a la adhe encia
de la película DLC al subs a o.
La ca ac e ización se ealiza á a a és de las écnicas de mic oscopía elec ónica de
ba ido po emisión de campo (FESEM) y mic oscopía elec ónica de ansmisión de al a
esolución (HRTEM); omando imágenes an o en campo cla o, campo oscu o y di acción
de elec ones de á ea selec a.
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Abs ac
The g owing demand o high co osion esis ance and ibological pe o mance ma e ials
o a ious indus ial, medical, ene gy sec o , e c. applica ions has gene a ed signi ican
in e es in economical and e ec i e su ace ea men s such as PVD o CVD. Among hese
app oaches a e ilms o med by DLC "Diamond-like Ca bon," which exhibi excellen
beha io a he su ace le el. Howe e , hese ilms do no always show good adhesion o
he ypically used me allic subs a e, which is why an ancho ing laye is used o enable he
coupling be ween he DLC ilm and he me allic subs a e. This imp o emen in he DLC
ea men has he po en ial o enhance he pe o mance and eliabili y o p os he ics,
mechanical componen s, and coun less o he p oduc s, while educing cos s and
en i onmen al impac .
In his esea ch, we will e alua e he e ec o he "bias" po en ial on he g ow h o hese
Ch omium Ca bide ancho ing ilms.
This e alua ion aims o ind an op imal bias po en ial o DLC ilm adhesion o he subs a e.
The cha ac e iza ion will be ca ied ou using ield emission scanning elec on mic oscopy
(FESEM) and high- esolu ion ansmission elec on mic oscopy (HRTEM), cap u ing
images in b igh ield, da k ield, and selec ed a ea elec on di ac ion.

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Con enido
RESUM _____________________________________________________ 3
RESUMEN __________________________________________________ 4
ABSTRACT _________________________________________________ 5
CONTENIDO ________________________________________________ 7
GLOSARIO I NOMENCLATURA _______________________________ 11
LISTA DE FIGURAS _________________________________________ 13
LISTA DE TABLAS __________________________________________ 16
1. PREFACIO _____________________________________________ 18
2. INTRODUCCIÓN ________________________________________ 19
2.1. Mo i ación .................................................................................................... 19
2.2. Alcance del T abajo ..................................................................................... 19
2.3. Reque imien os p e ios .............................................................................. 20
2.4. Obje i os del abajo .................................................................................... 20
2.4.1. Obje i os gene ales ........................................................................................20
2.4.2. Obje i os especí icos ......................................................................................21
2.4.2.1. P oceso de depósi o y ecnologías asociadas ............................. 21
2.4.2.2. Es udio del c ecimien o de películas inas .................................... 21
2.4.2.3. Ca ac e ización .............................................................................. 21
3. MARCO TEÓRICO ______________________________________ 22
3.1. Desgas e e Ingenie ía de supe icie ........................................................... 22
3.1.1. In oducción al desgas e e ingenie ía de supe icie ......................................22
3.1.2. Desgas e y Tipos de Desgas e ......................................................................23
3.2. Ca bu o de C omo ....................................................................................... 24
3.2.1. In oducción .....................................................................................................24
Pàg. 8 Memo ia
3.2.2. Tipos de enlaces en los C -C .........................................................................27
3.2.3. h-C C y c-C C .................................................................................................28
3.2.4. P opiedades de h,c-C C y el es o de ca bu os ............................................28
3.3. Recub imien os po PVD y CVD................................................................. 31
3.3.1. In oducción .....................................................................................................31
3.3.2. Deposición Física de Vapo (PVD) ................................................................31
3.3.2.1. Magne ón spu e ing ..................................................................... 32
3.4. Técnicas de ca ac e ización ....................................................................... 35
3.4.1. Mic oscopía elec ónica de ba ido po emisión de campo ...........................35
3.4.1.1. SEM ................................................................................................ 35
3.4.1.2. In e acción haz-mues a ................................................................ 35
3.4.1.3. Elemen os del SEM ....................................................................... 37
3.4.1.3.1 ......................... Fuen e de iluminación ____________________________ 37
3.4.1.3.2 ....................... De ec o es de elec ones ___________________________ 37
3.4.1.3.3 ....... Espec oscopía po dispe sión de ayos X (EDS) _________________ 37
3.4.2. HRTEM............................................................................................................38
3.5. Modelo de c ecimien o de películas ........................................................... 40
3.5.1. In oducción .....................................................................................................40
3.5.2. Fac o es que a ec an al c ecimien o de la película .......................................41
3.5.3. Modelos de c ecimien o de la película ...........................................................43
3.5.3.1. C ecimien o en Isla (Volme -Webe ): ............................................ 43
3.5.3.2. C ecimien o Capa-a-Capa (F ank- an de Me we): ..................... 43
3.5.3.3. C ecimien o Capa-Isla mix o (S anski-K as ano ):...................... 44
3.5.3.4. S uc u e Zone Models .................................................................. 45
4. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL Y EQUIPOS _______________ 47
4.1. Sín esis de las películas delgadas de ca bu o de c omo (C C) ................ 47
4.1.1. P epa ación del subs a o ...............................................................................47
4.1.2. Equipo del Magne ón Spu e ing ...................................................................48
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4.1.2.1. Blancos (Ta ge s) ........................................................................... 48
4.1.2.2. Subs a o ........................................................................................ 48
4.1.2.3. Fuen e de alimen ación ................................................................. 49
4.1.2.4. Cáma a y sis ema de acío ........................................................... 49
4.1.2.4.1 ............................ Sis ema de acío ______________________________ 49
4.1.2.4.2 ............................ Cáma a de acío ______________________________ 49
4.1.2.5. Magne os........................................................................................ 49
4.1.2.6. Sis ema de con ol del gas ............................................................ 49
4.1.3. P oceso de deposición (Magne ón spu e ing) .............................................50
4.2. Ca ac e ización de películas ....................................................................... 52
4.2.1. Mic oscopía Elec ónica de Ba ido (FESEM) ...............................................52
4.2.2. Focused ion beam (FIB) .................................................................................53
4.2.3. Mic oscopia elec ónica de al a esolución (HRTEM) ...................................61
5. RESULTADOS __________________________________________ 62
5.1. E aluación po mic oscopia elec ónica de ba ido en emisión de campo.
...................................................................................................................... 62
5.2. Es udio po Mic oscopia elec ónica de ansmisión de al a esolución
HRTEM. ....................................................................................................... 69
6. PLANIFICACIÓN ________________________________________ 77
7. ESTUDIO ECONÓMICO __________________________________ 78
7.1. Equipamien o, c eación de películas y he amien as de ca ac e ización 78
7.2. Gas os asociados a la c eación del TFG ................................................... 79
7.3. E aluación del cos e o al ........................................................................... 79
8. ESTUDIO AMBIENTAL ___________________________________ 80
8.1. Impac o de la o mación de las películas de C C ...................................... 80
8.2. Impac o del uso de es a ecnología en la indús ia ................................... 82
9. ESTUDIO SOCIAL I DE IGUALDAD DE GÉNERO _____________ 83
Pàg. 16 Memo ia
Lis a de ablas
Tabla 1: Mues a los pa áme os de celda (a, b, c, en Å; Volumen de celda en Å3), la
densidad de es ados en la supe icie de Fe mi (D , es ados/(eV ó mula)) y el pa áme o de
me alicidad ( m) de los compues os h-C C, c-C C, C 3C, C 3C2, C 7C3 y C 23C6.
Tabla 2: Resul ados del análisis de población de Mulliken pa a odos los compues os de
C -C. ṅ Co esponde a la población media, L Co esponde a la longi ud media de enlace.
Los cambios o ales de los o bi ales s y p se calculan como 3s + 4s y 3p + 4p
espec i amen e.
Tabla 3: Valo es calculados pa a cons an es elás icas (Cij), módulo de masa (B, en GPa),
módulo de co e (G, en GPa), módulo de Young (E, en GPa), elación de Poisson (𝜈) y
aniso opía elás ica uni e sal de los compues os h-C C, c-C C, C 3C, C 3C2, C 7C3 y C 23C6.
Tabla 4: Valo es de Du eza calculada H en GPa, densidad de enlaces bC -C, ue za de
enlace SC -C y coe icien e de co ección c de los compues os h-C C, c-C C, C 3C, C 3C2,
C 7C3 y C 23C6
Tabla 5: Tabla p ecios en eu os de ecu sos/consumibles del p oceso.
Tabla 6: Tabla p ecios, nume o de sesiones y iempos de sesión de las dis in as
mic oescopías y esado iónico.
Tabla 7: Núme o de ho as in e idas, p ecio/ho a y cos e o al del es udian e y u o .
Tabla 8: Emisiones equi alen es de CO2 asociadas a los dis in os ecu sos usados en el
abajo (exp esadas en kg CO2).

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Pàg. 18 Memo ia
1. P e acio
Los ecub imien os DLC (Diamond-Like Ca bon) son películas de ca bono que pe mi en la
coexis encia de o mas amo as y c is alinas, y su sine gia apo a p opiedades químicas y
mecánicas excepcionales, ideales pa a aplicaciones indus iales como he amien as de
co e y mecanizado debido a su al a du eza y esis encia al desgas e que p opo cionan,
así como en componen es mecánicos como odamien os y pis ones po su baja icción.
También se u ilizan pa a p o ege supe icies me álicas con a la co osión, en disposi i os
biomédicos como implan es y p ó esis, y en el ámbi o op oelec ónico, en elemen os como
len es y senso es. Su mezcla de enlaces sp2 y sp3 pe mi e ajus a sus p opiedades en e
g a i o y diaman e.
Pa a es e p oyec o, enemos como obje i o mejo a la iabilidad de es as capas, ya que un
mecanismo de allo común de un ecub imien o de DLC, se debe a un enómeno de
ag ie amien o po co osión bajo ensión en la in e ase en e el ecub imien o y el
subs a o. Pa a con a es a es a debilidad in e acial que es consecuencia de las ue zas
o ensiones esiduales que se gene an en e la pelicula y el subs a o po al a de
epi axialidad, se suelen u iliza lo que se conoce como “bu e mechanics”, que pe mi e el
ajus e en e la pelicula de ca bono y la pieza me alica a p o ege , mejo ando así la
adhe encia de es as capas de DLC al subs a o a a és del uso, po ejemplo, de las muy
conocidas capas in e medias o madas po ca bu os de C omo, las cuales ienen como
obje i o inal mejo a lo máximo posible las p opiedades químicas, mecánicas y
ibológicas, como po ejemplo aumen a la du eza y esis encia a la co osión, así como
disminui la icción de componen es mecánicos, así mejo ando su du abilidad y e iciencia.
Es e p oyec o es complemen a io al p oyec o 'Sín esis y ca ac e ización de una película
delgada de DLC (Diamond Like Ca bon) a pa i de la écnica de Magne on Spu e ing',
au o ado po Albe P ades y Pol Tusque s, con u o ía de C isan o José Villalobos, el cual
se cen aba en la o mación de la capa supe io de DLC. En con as e, el p esen e abajo
se en oca en la ca ac e ización y op imización de la capa in e media p e ia al ecub imien o
DLC.
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2. In oducción
2.1. Mo i ación
El p esen e abajo iene como obje i o la mejo a de los ecub imien os DLC pa a su
aplicación en los sis emas de ansmisión de ae ogene ado es. Es a mejo a busca
op imiza las p opiedades dichos ecub imien os, con el in de inc emen a la e iciencia de
los ae ogene ado es. La e iciencia en los ae ogene ado es es undamen al pa a maximiza
la p oducción de ene gía eno able, y pa a una mayo iabilidad y endimien o en sus
componen es, que con ibuye a educi los cos os ope a i os.
La ene gía eólica es una de las uen es más p ome edo as den o de las ene gías
eno ables, sin emba go, su cos e sigue siendo un ac o limi an e en su expansión. A
a és de la mejo a de los ecub imien os DLC en componen es cla e como los eng anajes
de los sis emas de ansmisión, se busca no solo ala ga la ida ú il de es os sis emas, sino
ambién educi sus cos es de ab icación y man enimien o. Es e a ance con ibui ía a
hace la ene gía eólica más económica y accesible, p omo iendo así el cumplimien o de
los obje i os de desa ollo sos enible elacionados con la educción de emisiones de gases
de e ec o in e nade o y la ansición hacia uen es de ene gía limpias y eno ables.
2.2. Alcance del T abajo
El p esen e abajo se cen a en el desa ollo y op imización de la capa de enlace de C C
en e el subs a o me álico y el ecub imien o DLC (ca bono amo o diaman ado), aplicada
en componen es de ansmisiones de ae ogene ado es. Es e es udio se limi a
es ic amen e a la in es igación de la mejo a de las p opiedades de es a capa in e media,
cuyo obje i o es ga an iza una mejo adhe encia en e el subs a o me álico y el
ecub imien o DLC, mejo ando así la du abilidad, la esis encia al desgas e y la e iciencia
de la ansmisión.
El alcance empo al de es e abajo se ci cunsc ibe al desa ollo y e aluación de la capa
de enlace median e écnicas expe imen ales y de ca ac e ización, basándose en la
bibliog a ía exis en e y es udios p e ios sob e ma e iales y a amien os supe iciales, así
como de la p oducción de dichas películas. No se con empla la ab icación de p o o ipos ni
la implemen ación p ác ica de es os ecub imien os en ae ogene ado es eales, ni la
op imización de o as pa es del sis ema de ansmisión.
Espacialmen e, el abajo se desa olla en un labo a o io de in es igación, la p epa ación
de las mues as y la e aluación de las p opiedades de las películas en condiciones
con oladas. El abajo no abo da la implemen ación a g an escala de es os ecub imien os
en la indus ia de la ene gía eólica, ni el es udio de su endimien o en di e en es en o nos
ope a i os.
Pàg. 20 Memo ia
Desde el pun o de is a económico, no se ealiza á un análisis de allado de los cos os de
implemen ación de la ecnología, pe o si que se ealiza á un analisis económico del
es udio. Se asume que una mejo a en la e iciencia y la educción de cos os ope a i os en
los ae ogene ado es se ía uno de los bene icios indi ec os del abajo. Asimismo, el es udio
no incluye el diseño ni la mejo a de los ae ogene ado es como al, sino que se limi a a
op imiza el a amien o supe icial de los ma e iales u ilizados en sus componen es.
Tecnológicamen e, es e abajo se basa en mé odos y ecnologías exis en es en el campo
del a amien o de supe icies y los ecub imien os DLC, sin inclui la explo ación de nue as
ecnologías o p ocesos inno ado es que no es én es echamen e elacionados con el
ámbi o del a amien o supe icial de los ma e iales.
En esumen, es e abajo iene un en oque especí ico en la mejo a de la capa de enlace
C C-DLC en el con ex o de las ansmisiones de ae ogene ado es, sin ex ende se a o os
aspec os del diseño, desa ollo o implemen ación de ae ogene ado es comple os.
2.3. Reque imien os p e ios
La ejecución del abajo es á ga an izada como pa e del ma co de un p oyec o de
in es igación mac o inanciado po el minis e io de compe i idad al depa amen o de ísica
aplicada de la uni e sidad de Ba celona. Desde el pun o de is a de in o mación y
documen ación ac ualizada, se cuen a con la ed de biblio ecas de la ETSEIB. Po úl imo,
cuen o con la di ección y guía del di ec o del abajo con demos ada expe iencia en el
campo de las películas delgadas.
2.4. Obje i os del abajo
El desa ollo de ecnologías de ecub imien o (PVD) po pul e ización iónica asis ida con
magne ón (magne on spu e ing) pa a la o mación de capas de anclaje de ca bu o de
c omo pa a una adhe encia op imizada de ecub imien os DLC que pe mi an mejo a las
p es aciones ibológicas en la ab icación de componen es mecánicos some idos a ca gas
mecánicas, icción y desgas e, como, po ejemplo, un eng anaje de un ae ogene ado o
la pa ed de un cilind o. Mejo amos la adhesión del ecub imien o DLC con el obje i o inal
de aumen a su esis encia, du abilidad y iabilidad.
2.4.1. Obje i os gene ales
Se iene po obje i o el desa ollo y la ca ac e ización de capas in e medias de adhe encia
op imizada basadas en Ca bu os de C omo. A di e encia de la in e acción DLC-Subs a o
me álico, es os ce ámicos ienen una ele ada a inidad es uc u al an o con el subs a o
me álico como con el ecub imien o DLC pos e io . Es o pe mi e que las dos ases, que
an e io men e p esen aban muy poca cohe encia y epi axialidad, gene en una adhesión
excelen e en e ellas. Es e hecho aumen a á la adhesión del ecub imien o al elaja las
ensiones in e nas en la in e ase, así pudiendo educi los p oblemas de desconchado de
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la unión DLC-Subs a o Me álico.
2.4.2. Obje i os especí icos
2.4.2.1. P oceso de depósi o y ecnologías asociadas
Ob ención de capas de ca bu o de C omo. Sín esis ealizada a a és de la ecnica de
magne ón spu e ing.
2.4.2.2. Es udio del c ecimien o de películas inas
A a és de la ca ac e ización de las películas sin e izadas se de e mina á a que modelo
de c ecimien o pod ían ajus a se es as capas de acue do a los modelos clasicos
p opues os en la li e a u a esepecializada.
2.4.2.3. Ca ac e ización
Se ca ac e iza án las capas sin e izadas a pa i de dos mé odos p incipalmen e; Lo
elacionado con los aspec os mic omo ologicos de la capa, como son es uc u as ipo
columna , lamina …a a és de la ecnica FESEM y los aspec os es uc u ales y
ca ac e ís icas in e aciales se de e mina án a a és de la ecnica HRTEM, así como la
de e minación de la composición química de los ecub imien os a a és de la écnica de
espec oscopía po dispe sión de ene gía de ayos X (EDS).

Pàg. 22 Memo ia
3. Ma co eó ico
3.1. Desgas e e Ingenie ía de supe icie
3.1.1. In oducción al desgas e e ingenie ía de supe icie
“Todos los sis emas mecánicos con componen es mó iles en con ac o su en los e ec os
de la icción y el desgas e” (Khadem e al., 2017). La iabilidad y el endimien o de los
sis emas se en signi ica i amen e a ec ados po es os enómenos, que con ibuyen a un
al o consumo de ene gía y a la pé dida con inua de ma e ial en los componen es. Es a
si uación no solo educe la e iciencia ope a i a, sino que ambién puede lle a a un
aumen o en los cos os de man enimien o y eemplazo de piezas.
Según Khadem e al. (2017), a lo la go del iempo, se han lle ado a cabo amplios es ue zos
pa a iden i ica mé odos e ec i os que ayuden a mi iga y con ola la icción y el desgas e
en los sis emas mecánicos. Una de las soluciones más e ec i as es el uso de
e es imien os delgados elabo ados con ma e iales que poseen al a du eza y
ca ac e ís icas de baja icción y, po ende, esis encia al desgas e. Es a p ác ica no solo
op imiza la ida ú il de los componen es, sino que ambién mejo a la e iciencia del sis ema,
lo que puede esul a en una educción de los cos os ope a i os a lo la go del iempo.
Además, pe mi e ab ica componen es con ma e iales más adecuados desde un pun o de
is a económico o po su lige eza, mien as que median e la aplicación de ecub imien os
en o ma de películas delgadas se log an p opiedades supe iciales mejo adas. Es o o ece
compo amien os ibológicos supe io es, al inco po a ma e iales que, de o a mane a, no
se ían iables pa a ab ica oda la pieza, ya sea po su al o cos o o po sus limi aciones
es uc u ales.
Los e es imien os pueden se desa ollados u ilizando una amplia gama de ma e iales y
pueden adop a dis in as o mas y con igu aciones. Se clasi ican en unción del núme o de
capas: exis en e es imien os de una sola capa, de dos capas o mul icapa, que
comp enden más de dos capas. La mic oes uc u a de los ecub imien os puede se
simple, p esen ando una es uc u a homogénea, o más so is icada, inco po ando sis emas
complejos.
Pa icula men e, los ecub imien os mul icapa o ecen en ajas no ables en el diseño, ya
que pe mi en una pe sonalización más p ecisa de las p opiedades supe iciales. Po
ejemplo, la capacidad de manipula la ensión esidual, así como ajus a la elación en e
la du eza y el módulo de elas icidad, es o se log a median e el apilamien o de capas de
mane a es a égica. Es o no solo mejo a la adhesión al subs a o, sino que ambién
con ibuye al endimien o ibológico de los componen es. Pe o quizás lo más impo an e
es el hecho de que la es uc u a mul icapa es in ínsecamen e una dis ibución que
inc emen a la enacidad de ac u a al modi ica las ayec o ias de p opagación de g ie as.
Es a ca ac e ís ica añade un ni el adicional de du abilidad y esis encia al desgas e,
E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
spu e ing" Pág. 23
e o zando aún más las en ajas de es e ipo de ecub imien os en aplicaciones de al a
exigencia mecánica. (Khadem e al., 2017, T ibology o mul ilaye coa ings o wea
educ ion: A e iew).
3.1.2. Desgas e y Tipos de Desgas e
El desgas e se de ine como la pé dida pe manen e de ma e ial en la supe icie de
componen es mecánicos, como se es ablece en el es udio de Kiesling e al. (1998). El
desgas e puede se a ibuido an o a acciones mecánicas, elec oquímicas, e c. e in oluc a
an o la pé dida de ma e ial como las ca ac e ís icas del sis ema en el que se p oduce. Los
mecanismos ísicos de desgas e incluyen la adhesión, la ab asión, la a iga supe icial, la
oxidación y la co osión. En gene al, los sis emas ibológicos pueden expe imen a una
supe posición de a ios mecanismos, esul ando en di e en es ipos de desgas e, como el
desgas e po deslizamien o y po odadu a. Los mecanismos de desgas e más in luyen es
en los sis emas de eng anajes son los siguien es: Desgas e E osi o, Desgas e Ab asi o y
Desgas e po Co osión.
“El desgas e e osi o se e ie e a la pé dida de ma e ial causada po el impac o epe ido
de pa ículas sólidas y líquidas que se desplazan den o de un luido” según Ga h (1987).
La e osión puede a ec a muy nega i amen e a a iedad de sis emas ingenie iles,
especialmen e a aquellos expues os a ambien es e osi os: Bombas, u binas, aspas de
en ilado es…. “El desgas e ab asi o ocu e cuando hay icción en e dos o más cue pos”
Pool e al. (1985). Es p oducido po la in e acción en e supe icies, donde se gene an
ayadu as, co es y pequeñas de o maciones plás icas. Los ecub imien os supe iciales
son especialmen e ú iles pa a mi iga la ab asión. El desgas e po co osión es un
enómeno siné gico donde la in e acción en e p ocesos mecánicos y químicos acele a la
deg adación del ma e ial. Es e e ec o combinado, obse ado ecuen emen e (excep o en
a mós e as ine es o acío), esul a en una pé dida de masa supe io a la suma de los
daños causados indi idualmen e po el desgas e y la co osión, e idenciando una
ampli icación mu ua de sus impac os des uc i os. (Cas o e al., 2016), (He nández e al.,
2016.)
Pàg. 24 Memo ia
3.2. Ca bu o de C omo
3.2.1. In oducción
Los Ca bu os de C omo son unos ma e iales con g andes aplicaciones en el mundo de la
ingenie ía debido a sus p opiedades, como su ele ada du eza, su al o pun o de usión y la
esis encia a la co osión y al desgas e. Son de pa icula in e és en la ingenie ía de
películas debido a que, usados como ase in e media, pe mi en una buena ijación en e
los subs a os me álicos y las películas DLC (Diamond Like Ca bon). Son compues os
ce ámicos o mados po á omos de Ca bono (C) y C omo (C ). En el diag ama de ases
bina io de C -C, enemos 3 ases de es ado sólido: C 23C6, C 3C2, C 7C3. A pa e de es os,
ambién disponemos de dos Ca bu os de C omo me aes ables: C C y C 3C. El C C puede
oma dos es uc u as: FCC (c-C C) y HCP (h-C C).
Figu a 1: Diag ama de ases C omo-Ca bono. (Me al-ca bon sys ems: Ch omium-
ca bon). Fuen e: Sco , R.A. (ed.), 2011. Encyclopedia o Ino ganic and Bioino ganic
Chemis y.
A con inuación, podemos e una abla con los di e en es pa áme os de ed de cada una
de las ases, así como la en alpía de o mación, seguida de una igu a de la es uc u a de
cada una.
Tabla 1: Mues a los pa áme os de celda (a, b, c, en Å; Volumen de celda en Å3), la
densidad de es ados en la supe icie de Fe mi (D , es ados/(eV ó mula)) y el pa áme o de
me alicidad ( m) de los compues os h-C C, c-C C, C 3C, C 3C2, C 7C3 y C 23C6. Fuen e: Li,
Gao, Xiao, Min, Yang, Ma, and Yi, 2021. The elec onic, mechanical p ope ies and
heo e ical ha dness o ch omium ca bides by i s -p inciples calcula ions.
E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
spu e ing" Pág. 25
Pàg. 32 Memo ia
iones desde una uen e ex e na, lo que pe mi e con ola la ene gía y la in ensidad
de los iones que llegan a la supe icie obje i o.
Una de las g andes en ajas del PVD es que pe mi e abaja con empe a u as bajas del
subs a o, incluso ce canas a la empe a u a ambien e (al menos 150 ℃). Es o posibili a el
uso de subs a os sensibles a la empe a u a, ampliando signi ica i amen e el conjun o de
ma e iales que pueden se ecubie os. F ecuen emen e, se aplican p ocesos de
deposición eac i a, donde además del gas ine e de abajo (comúnmen e A ) se in oduce
un gas eac i o (po ejemplo, N₂ u O₂) en la cáma a de deposición. Es o pe mi e la
o mación de compues os du an e el p oceso de deposición. Además de gases, ambién
se pueden usa blancos sólidos como uen e de ma e ial, po ejemplo, g a i o (C) y c omo
(C ).
Las películas sin e izadas po PVD se ca ac e izan ípicamen e po se más delgadas que
las gene adas po CVD, sus al as densidades de de ec os compa adas con el CVD,
amaños de g ano pequeños y po ene es ue zos esiduales comp esi os en la capa
gene ada.
Es as ca ac e ís icas, jun o con la e sa ilidad del p oceso, hacen que el PVD sea una
écnica ampliamen e u ilizada en di e sas aplicaciones indus iales y de in es igación.
3.3.2.1. Magne ón spu e ing
La deposición po pul e ización, más conocida como spu e ing, es una écnica de
ecub imien o basada en el uso de plasma, en el cual el ma e ial de “blanco” sólido se
ans ie e a la ase apo a a és de un bomba deo con iones ene gé icos, apo ados po
un gas ine e (A gón comúnmen e). Se aplica una di e encia de po encial eléc ico en e el
haz y el blanco y o o en e el plasma y el subs a o. Debido a la di e encia de po encial
en e el blanco y el haz, los iones A + son acele ados hacia él. Como esul ado de la
ans e encia de momen o de es os iones de plasma, los á omos del blanco son ionizados
y eyec ados. Una ez eyec ados, o man pa e del plasma, y se p ecipi an con mayo
ene gía debido al ∆V en e es os y el subs a o. Podemos e un diag ama del p oceso en
la igu a 3.1 a), así como una del plasma en la 3.1 b). Las en ajas de es a écnica son:
Posibilidad de o ma capas más densas que con e apo ación con encional.
- Poca adiación de calo a la que se some e el subs a o, habili ando el uso de ma e iales
sensibles al calo .
- E i a la deposición de “go i as” (po su aducción del inglés “d ople s”) en la supe icie
( igu a 3.2), acili ando una capa más uni o me.

E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
spu e ing" Pág. 33
- Debido a que el apo se gene a po ans e encia de momen o, podemos deposi a
ma e iales con mayo pun o de usión.
Figu a 3.1 a) Esquema de un sis ema de pul e ización ca ódica con magne ón
desequilib ado. b) Fo og a ía del plasma que se ex iende desde los blancos hacia el
sopo e del subs a o (a iba), den o de un sis ema de pul e ización ca ódica con
magne ón desequilib ado. Fuen e: Schalk, Tkadle z, Mi e e , 2022. Su ace & Coa ings
Technology.
En el magne ón Spu e ing, a a és del uso de un magne ón, c eamos un campo
magné ico en la cáma a, supe pues o al campo eléc ico, que hace que los elec ones
lib es gene ados en el p oceso se acumulen al ededo del blanco, así consiguiendo mayo
a io de ionización al ededo del blanco (como podemos obse a en la igu a 3.1 a)),
esul ando en un bomba deo mejo ado, y, po ende, mayo asa de Spu e ing. La
des en aja del uso del magne ón es que gene a e osión en el blanco, lo que conduce a
una e iciencia de icien e del endimien o del spu e ing en compa ación con el olumen del
blanco en compa ación con el spu e ing sin magne ones, además, la eliminación no
uni o me de pa ículas del blanco da como esul ado películas no uni o mes. (Schalk,
Tkadle z, Mi e e , 2022.), (Chaudha i e al.,2021).
Pàg. 34 Memo ia
Figu a 3.2: Mic og a ías elec ónicas de ba ido (SEM) de a) una sección ans e sal de
ac u a de un ecub imien o de TiAlN que incluye una go i a, que mues a acíos debajo
de la go a y b) Sección ans e sal de un ecub imien o de TiAlTaN, que con iene una
go i a. Fuen e: Fuen e: Schalk, Tkadle z, Mi e e , 2022. Su ace & Coa ings Technology.
E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
spu e ing" Pág. 35
3.4. Técnicas de ca ac e ización
3.4.1. Mic oscopía elec ónica de ba ido po emisión de campo
3.4.1.1. SEM
La mic oscopía elec ónica de ba ido o SEM (“Scanning Elec on Mic oscopy” po sus
siglas en inglés), es una écnica de ca ac e ización que pe mi e abaja a una escala
nanomé ica. Es á basada en la in e acción de la mues a con un haz de elec ones, que
pe mi e ob ene in o mación de allada como la composición elemen al de la mues a con
una esolución inmensa, lo que con ie e es a ecnología en una he amien a esencial pa a
el es udio de ma e iales a anzados y mic oes uc u as.
La esolución a la que podemos llega con una écnica de mic oscopía es á egida po la
ecuación de Abbe, que elaciona la esolución “d” con la cons an e del medio de la len e
“K”, la longi ud de onda asociada “λ”, el índice de e acción del sis ema “n” y “α”, la mi ad
del ángulo de ape u a:
𝑑 = 𝐾𝜆
𝑛sinα
En es a ecuación se obse a que la esolución es di ec amen e p opo cional a la longi ud
de onda u ilizada. Según disminuye la longi ud de onda, somos capaces de obse a
amaños y mues as más pequeños. Con un mic oscopio con encional (óp ico), las
longi udes de onda con las que se abaja (luz isible) es án en el ango de [0.4 - 0.7 μm],
que nos pe mi e una esolución máxima ce cana a los 200 nm. Según qué mues a se
es udie, como es el caso de es e abajo, es a no es esolución su icien e, pe o en caso de
u iliza un haz de elec ones, se puede llega a unas longi udes de onda mucho meno es,
de has a 25 pm, que nos pe mi e llega a esoluciones del o den de decenas de pm.
Tal como expone (Pa a, 2024), en la écnica de mic oscopía elec ónica de ba ido (SEM),
un haz de elec ones se di ige con exac i ud hacia la mues a analizada. La in e acción
en e es e haz y la mues a p o oca una exci ación que esul a en la emisión de di e sas
señales que gene an dis in os modos de igu a. Es os p opo cionan da os sob e el ma e ial
examinado, incluyendo su es uc u a, composición química elemen al, igu a de con as e
composicional y elie e supe icial. Pa a es e análisis, la uen e de elec ones se p oduce
median e emisión de campo, una a ian e conocida como FESEM (Mic oscopio
Elec ónico de Ba ido de Emisión de Campo). Es a modalidad se dis ingue po o ece una
de inición supe io y un espec o ene gé ico más amplio, con un ol aje de acele ación
meno en compa ación con el SEM con encional. Es e ol aje de acele ación meno
pe mi e abaja con mues as sensibles al calo .
3.4.1.2. In e acción haz-mues a
Según (Pa a, 2024), debido a la exci ación que su en los á omos de la mues a expues os
al haz de elec ones, la mues a emi e al menos 5 señales que podemos de ec a :
Pàg. 36 Memo ia
Elec ones p ima ios o e odispe sados (BSE): Es os elec ones son los emi idos po el
cañón, que una ez han in e ac uado con el núcleo de los á omos de la mues a son
edi igidos hacia el de ec o . La ene gía que po an es os elec ones es di ec amen e
p opo cional al núme o a ómico del elemen o con el cual in e accionan, a mayo núme o
a ómico, más luminosa es la señal ecibida. Es a ca ac e ís ica nos pe mi e ealiza una
igu a de con as e composicional, que nos pe mi e e los di e en es compues os de los
cuales la mues a es á o mada.
Elec ones secunda ios (SE): Es os elec ones se expulsan de la mues a cuando un
elec ón del haz pasa muy ce ca de un á omo. Son á omos con una ene gía muy baja, po
lo que solo son capaces de escapa los que p o ienen de la zona más ce cana a la
supe icie. Es o nos pe mi e ex ae la in o mación opog á ica de la supe icie de la
mues a.
Elec ones Auge (LLBSE): Cuando un elec ón secunda io es expulsado del ma e ial, deja
un hueco que puede se ocupado po un elec ón de una capa ex e na, y el exceso de
ene gía puede expulsa o o elec ón de la capa ex e na. Es os son de baja ene gía, y
pe mi en es udia la composición de zonas pequeñas, a di e encia de los elec ones
p ima ios.
Rayos X ca ac e ís icos: Toda ma e ia emi e ayos X al se exci ada con el haz de
elec ones. Es os son ca ac e ís icos de cada elemen o, lo que pe mi e iden i ica an o qué
elemen os hay en la mues a, como su p opo ción espec o del o al de la mues a. Es os
ayos X son de g an u ilidad pa a ca ac e iza el ma e ial.
Fluo escencia: Algunos ma e iales emi en luz al se exci ados con un haz de elec ones.
Es e enómeno se llama ca odoluminiscencia, y esul a de especial in e és en ma e iales
con mine al ca boná ico. La luo escencia a ec a nega i amen e a los esul ados, ya que
puede al e a los da os de los es udios de composición. Aquellos á omos más
luo escen es o ma án más p opo ción de la mues a en el esul ado que en ealidad.
E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
spu e ing" Pág. 37
3.4.1.3. Elemen os del SEM
(Pa a, 2024) de ine los di e en es elemen os que con iene un SEM.
3.4.1.3.1 Fuen e de iluminación
Exis en múl iples enómenos ísicos capaces de p oduci un haz de elec ones, pe o
habi ualmen e se ecu e a dos écnicas especí icas: Po e ec o e moiónico y po emisión
de campo (Field Emission Gun). En el e ec o e moiónico, se aplica una di e encia de
po encial a un ilamen o, aumen ando su empe a u a has a c ea una nube con inua de
iones, a con inuación, es os se en ocan pa a o ma el haz. El ilamen o u ilizado suele se
de hexabo u o de Lan ano (LaB6). En el mé odo po emisión de campo (FEG), la uen e del
haz es una pun a muy ina ab icada a pa i de un c is al de ungs eno, donde se p oduce
un e ec o e moiónico y su emisión se mejo a con la p esencia de un campo eléc ico.
Aplicando es e campo se consigue p oduci un haz de elec ones de meno diáme o, con
densidad de co ien e y b illo has a es ó denes de magni ud mayo que po e ec o
e moiónico con encional, esul ando en una mayo esolución. Es e úl imo mé odo es el
u ilizado en es e es udio.
3.4.1.3.2 De ec o es de elec ones
La de ección de las di e en es señales emi idas po la mues a se ealiza median e
de ec o es especializados, cada uno diseñado pa a cap a un ipo especí ico de elec ones.
El disposi i o más u ilizado, especialmen e pa a la cap ación de elec ones secunda ios
(SE), y que ambién si e de base pa a los de ec o es de elec ones e odispe sados
(BSE) y Auge (LLBSE), es el de ec o E e ha -Tho nley.
Es e sis ema cons a de una se ie de elec odos con ca ga posi i a espec o a la mues a,
lo que a ae los elec ones hacia ellos. Una ez ecolec ados, es os elec ones pasan po
un p oceso de con e sión a o ones median e un cen ellado . Pos e io men e, los o ones
son di igidos a a és de un ubo o omul iplicado , donde se ans o man en señales
eléc icas que pueden se p ocesadas.
3.4.1.3.3 Espec oscopía po dispe sión de ayos X (EDS)
El mic oscopio SEM cuen a con una unidad de espec oscopía po dispe sión de ayos X
o EDS. Es a unidad se u iliza pa a ca ac e iza una mues a median e los ayos X emi idos
en la in e acción con el haz de elec ones. Es os ayos X son ca ac e ís icos de cada ipo
de ma e ial. Analizando y cuan i icando los ayos p oceden es de la in e acción, se puede
ca ac e iza composicional y cuan i a i amen e los elemen os que con iene la mues a de
es udio. El enómeno ísico que pe mi e el uso de es a écnica se basa en el modelo
mecánico del á omo, donde el es ado ene gé ico de un elec ón se de ine po su conjun o
de núme os cuán icos. El modelo cuán ico del á omo se de ine po las dis in as capas de
alencia de los elec ones que o bi an a su al ededo , denominadas de la le a K a la Q,
o denadas de meno a mayo ene gía y meno a mayo dis ancia del núcleo. Cuando un

Pàg. 38 Memo ia
á omo in e ac úa con un haz de elec ones, los elec ones cen ales son exci ados a un
es ado de ene gía mayo , lo que p o oca un mo imien o de los elec ones hacia capas
supe io es has a que ecupe a el es ado ene gé ico inicial, es deci , uel en a sus es ados
de mínima ene gía. En es e p oceso, la ene gía es ans o mada en o ma de ayos X. Las
ansiciones de ene gía que ocu en son denominadas con la le a de la capa donde se
o iginó, y se o denan con le as g iegas empezando po 𝛼 po cada capa. La ene gía
eque ida de cada elec ón de cada capa de alencia es conocida y es á abulada, po lo
que se puede elaciona a un elemen o. La ene gía emi ida po cada ansición ene gé ica
es cuan i icable median e el uso de semiconduc o es, ya que, conociendo el sal o
ene gé ico necesa io pa a pasa de la zona de alencia a la zona conduc o a del
semiconduc o , es posible medi la ene gía p oceden e de los ayos X. (Pa a, 2024)
3.4.2. HRTEM
La mic oscopía elec ónica de ansmisión de al a esolución, o HRTEM po sus siglas en
inglés, es una écnica de mic oscopía a escala es uc u al, que nos pe mi e e alua , po
ejemplo, la a qui ec u a c is alina y/o iden i ica y ca ac e iza la es uc u a de
dislocaciones.
Es o es posible debido a la co a longi ud de onda de los elec ones, que al mismo modo
que el apa ado an e io (3.4.1), según la ecuación de Abbe, a meno longi ud de onda,
mayo esolución. En es e caso, enemos meno longi ud de onda que en la écnica de
SEM, ya que usamos ol ajes de acele ación mucho mayo es, del o den de cen enas de
kilo ol ios, usualmen e un ol aje de acele ación de 100 a 200 kV, pe o pa a p opo ciona
una mejo esolución y ansmisión, se puede llega a aplica un ol aje de acele ación en
el ango de 200 a 500 kV, mien as que en el SEM se usan del o den de decenas de
kilo ol ios, en el ango de 10 a 40 kV. El p ocedimien o consis e en coloca una mues a
muy delgada, en el ango de 60 a 100 Ams ongs de espeso , ob enida con écnicas como
la elec oe osión, más ecien emen e el esado iónico (FIB), o la ul amic o omía en caso
de abaja con mues as biológicas, en un sopo e especializado, y seguidamen e, como
en la écnica de SEM en oca un haz de elec ones hacia la mues a. Las señales emi idas
esul an es de la in e acción del haz con la mues a son leídas y p ocesadas po de ec o es
especializados. Es una écnica con más al a esolución que SEM, pe o sin p o undidad de
campo.
Podemos ca ego iza es a écnica en dos e ien es, dependiendo de la uen e de
elec ones que u ilicemos pa a gene a el haz:
La p ime a es po emisión de campo (FE, Field Emission), donde los elec ones se emi en
desde una pun a me álica bajo el e ec o de un campo eléc ico muy in enso, donde se
p oduce un e ec o únel. Debido a la al a densidad de co ien e de campo, los elec ones
pueden se emi idos con ene gías bajas y, po ende, con una al a cohe encia espacial.
Es o pe mi e una al a esolución espacial en las imágenes ob enidas po FE-HRTEM.
E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
spu e ing" Pág. 39
La segunda es la e moiónica, donde los elec ones se emi en po e ec o e moiónico desde
un ilamen o de hexa luo u o de lan ano calen ado a empe a u as en e 2000 y 3000
g ados Celsius, den o del mic oscopio.
La elección en e las dos opciones depende á de ac o es como la esolución deseada, la
es abilidad del haz de elec ones y las ca ac e ís icas especí icas de la mues a.
Con es a écnica podemos ob ene es ipos de imágenes: imágenes en campo cla o, en
campo oscu o y po di acción de elec ones en á ea selec a. Las imágenes en campo cla o
esul an de los elec ones no dispe sados “sca e ed” ( ansmi idos), mien as que los
elec ones dispe sados quedan bloqueados. P opo ciona imágenes con con as e cla o-
oscu o dependien e en c is alinidad en e las di e en es pa es de la es uc u a que se es á
es udiando, con las á eas con mayo c is alinidad y densidad apa eciendo como más
oscu as. En las imágenes en campo oscu o, las imágenes son gene adas po los
elec ones dispe sados. Podemos e la di e encia en e la con igu ación de ambas en la
igu a 4. El campo cla o, p opo ciona imágenes de al o con as e adecuadas pa a la
mayo ía de las es uc u as, así como la posibilidad pa a análisis elemen al (EDS,
comen ado en el apa ado 3.4.1.3.3). Sin emba go, puede p esen a limi aciones al
isualiza es uc u as c is alinas muy pequeñas o cuando el con as e es insu icien e. Pa a
supe a es as limi aciones, se emplea la écnica de campo oscu o, que des aca po
p oduci imágenes con bajo uido y mayo de alle en si uaciones donde el campo cla o
esul a insu icien e. Pe mi e una mejo isualización de es uc u as c is alinas pequeñas y
acili a el es udio de allado de ca ac e ís icas como el e ículo c is alino, de ec os,
dislocaciones, allas de apilamien o y amaño de pa ículas o g anos. Ambas écnicas
equie en mucho iempo de p epa ación de la mues a.
Las imágenes po di acción de elec ones en á ea selec a o SAED po sus siglas en inglés,
ap o echan la di acción de elec ones de al a ene gía po los á omos en mues as
c is alinas. Es a écnica pe mi e la isualización de los haces ansmi idos y di ac ados.
Una ape u a en el plano de la igu a pe mi e ob ene el pa ón de di acción de un á ea
especí ica de la mues a, es os pa ones esul an es se analizan según su espaciado “din ”,
u ilizando el concep o de la es e a de Ewald pa a en ende la apa ición de los pun os de
di acción. La di acción de elec ones es más p ominen e que la de ayos X debido a la
meno longi ud de onda de los elec ones, po ende, mayo esolución. El pa ón de
di acción ambién depende de la o ien ación de las nanopa ículas en la mues a: las
mues as monoc is alinas p oducen pun os de di acción dis in os, mien as que las
nanopa ículas o ien adas alea o iamen e o los ma e iales polic is alinos gene an cí culos
b illan es, como podemos e en la igu a 5. La dis ancia in e plana (espaciado din ) se
puede calcula u ilizando la ó mula: din = L·λ / R, donde L es la longi ud de la cáma a, λ es
la longi ud de onda de los elec ones, y R es la dis ancia del pun o o cí culo desde el haz
di ec o. Es a écnica es c ucial pa a el análisis es uc u al y el es udio de de ec os c is alinos
en ciencia de ma e iales. (Findlay, S.D. e al. 2010), (Klein, N.D. e al. 2015), (Sha ma, S.K.,
ed., 2018), (P ades e al., 2024).
Pàg. 40 Memo ia
Figu a 4: Con igu ación del cañón de elec ones y len es pa a ob ene imágenes de
campo oscu o, campo cla o y HAADF-STEM. Fuen e: Klein, N.D. e al., 2015. Da k ield
ansmission elec on mic oscopy as a ool o iden i ying ino ganic nanopa icles in
biological ma ices
Figu a 5: Pa ones de di acción de elec ones de ma e iales amo os a), monoc is alinos
b) y polic is alinos c). Fuen e: Sha ma, S.K., ed., 2018. Handbook o Ma e ials
Cha ac e iza ion. Sp inge In e na ional Publishing.
3.5. Modelo de c ecimien o de películas
3.5.1. In oducción
La o mación de sólidos po écnicas de PVD sigue un p oceso que se puede esumi de
la siguien e mane a: Las pa ículas, una ez apo izadas, pueden e lec a se o que se
p oduzca la adso ción ísica de á omos indi iduales (adá omos) en la supe icie del
subs a o. Es e enómeno, conocido como isiso ción, implica un enlace débil en e los
E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
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adá omos y la supe icie. Es os adá omos pueden an o se deso bidos como comenza a
in e ac ua en e sí, dando luga a la o mación de moléculas. Las moléculas ecién
o madas es ablecen enlaces químicos más ue es con el subs a o. Simul áneamen e, se
inicia la ag egación molecula y la coalescencia, donde las moléculas se unen o mando
es uc u as más g andes, que pueden nuclea o condensa en núcleos ya exis en es, que
se o man p e e en emen e en si ios de baja ene gía, como de ec os e icula es, “a omic
s eps” o lími es de g ano. Finalmen e, comienza el c ecimien o con inuo de la película, lo
que esul a en la o mación de di e sas es uc u as y mic oes uc u as. Es as pueden a ia
desde con igu aciones amo as has a polic is alinas o monoc is alinas, y pueden p esen a
di e en es ca ac e ís icas como de ec os es uc u ales o a iaciones en la ugosidad
supe icial.
3.5.2. Fac o es que a ec an al c ecimien o de la película
El p oceso de o mación de películas es á in luenciado po di e sos ac o es. Es os se
pueden clasi ica en dos ipos: Va iables independien es y a iables dependien es.
Tal y como expone (Canosa, 2024), la in e acción de es as a iables a ec a di ec amen e
las ca ac e ís icas inales de la película sin e izada. Especí icamen e:
• Condiciones de al a empe a u a y/o baja asa de deposición: Fa o ecen la
o mación de películas con c is ales de mayo amaño.
• Condiciones de baja empe a u a y/o al a asa de deposición: Resul an en películas
polic is alinas con g anos signi ica i amen e más pequeños.
Así, con olando es as a iables, es posible in lui en las p opiedades in ínsecas de la
película, como su es uc u a c is alina y el amaño de g ano. Es e con ol es undamen al
pa a ob ene películas con las ca ac e ís icas deseadas pa a aplicaciones especí icas.
Pa a ca ac e iza el c ecimien o o sín esis de películas, ambién hay que ene en cuen a
la cohe encia c is alog á ica en e el subs a o y la película. Es a cohe encia es conocida
como epi axialidad, y a acompañada de di e sas ca ego ías: Homoepi axia ( ambién
conocida como au oepi axia e isoepi axia), he e opi axia, pseudomo ismo y
semicohe encia o cohe encia con de o mación.
Las p ime as dos, signi ican película y subs a o o madas po el mismo ma e ial, y película
y subs a o o mados po ma e iales dis in os espec i amen e. El pseudomo ismo es un
es ado ines able en el c ecimien o de películas delgadas. En es a condición, la capa ina
se e o zada a adop a la es uc u a c is alina del subs a o, aunque no sea su o ma
na u al. Es e enómeno gene almen e no esul a en un c ecimien o uni o me de la película,
sino que iende a o ma es uc u as en o ma de islas. Es impo an e no a que es e ipo
de c ecimien o solo es posible en películas muy inas. Si la película se ol ie a demasiado
g uesa, las ensiones esiduales in ínsecas que se acumulan en la es uc u a alcanza ían
un ni el c í ico. Es as ensiones, al supe a cie o umb al, p o oca ían que la película se
desp endie a del subs a o, pe diendo así su in eg idad es uc u al.
Pàg. 48 Memo ia
4.1.2. Equipo del Magne ón Spu e ing
Figu a 9.1: Diag ama de un equipo de magne ón spu e ing. En nues o caso, los
blancos son de g a i o y C omo. Fuen e: P ades e al., 2024.
4.1.2.1. Blancos (Ta ge s)
El blanco es el ma e ial que se desea deposi a sob e el subs a o. Puede se un me al
pu o, una aleación o incluso un compues o. El blanco es á mon ado en un sopo e que
pe mi e una buena conduc i idad é mica y eléc ica. En nues o caso, enemos un p oceso
de codeposición, ya que usamos dos blancos: de g a i o y de C omo, que ienen como
unción ac ua como uen e de ca iones que cons i ui án el plasma, a pa i del cual se
sin e iza án las películas.
4.1.2.2. Subs a o
Tenemos como subs a o una aleación base Cobal o-C omo. El subs a o iene como
unción se la base en la cual se deposi a el ma e ial p o enien e del plasma, que ha sido
acele ado sob e el po medio de una di e encia de po encial con espec o al po encial
lo an e del plasma. El subs a o se coloca en un sopo e que puede se calen ado o
man enido a empe a u a ambien e, dependiendo de los equisi os del p oceso de
deposición. La adhe encia, la uni o midad y las p opiedades de la película deposi ada
pueden depende de la limpieza del subs a o, su empe a u a, y su p epa ación p e ia.

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spu e ing" Pág. 49
4.1.2.3. Fuen e de alimen ación
Pa a la o mación de las películas de C C, se u iliza á como uen e de alimen ación
adio ecuencia, que es jus amen e es la a iable p incipal en la ca ac e ización del es udio.
4.1.2.4. Cáma a y sis ema de acío
4.1.2.4.1 Sis ema de acío
Pe mi e ob ene p esiones muy bajas, usando pa a ello una bomba mecánica o a i a,
disminuyendo la p esión inicialmen e a p esiones de 10-2 mba . De allí en adelan e, se
enciende una bomba u bomolecula has a alcanza un acío esidual de
ap oximadamen e 1·10-5 mba . La combinación de es as dos bombas pe mi e man ene la
p esión de abajo, que es lo que man iene “ i o” al plasma.
4.1.2.4.2 Cáma a de acío
Es el ecin o ce ado donde se lle a a cabo el p oceso de spu e ing, pe mi e man ene un
en o no de al o acío, pa a minimiza la con aminación y acili a la o mación del plasma.
Es á equipada con mi illas pa a hace posible la isualización del p oceso y pue os pa a
la in oducción de gases y o os componen es. Es un elemen o c ucial en nues o p oceso,
ya que la calidad del acío es de máxima impo ancia pa a ob ene películas lib es de
impu ezas y de ec os.
4.1.2.5. Magne os
Pueden se imanes pe manen es o elec oimanes, que c ean un campo magné ico pa alelo
a la supe icie del blanco. Se encuen an si uados de ás de los blancos. Pueden se
balanceados o desbalanceados, siendo es os úl imos nues o caso.
Aumen an no ablemen e la e iciencia del spu e ing. Es o se debe a que obliga a los
elec ones a pe manece den o del sis ema de ionización, así man eniendo una al a asa
de e osión del blanco y una deposición uni o me.
4.1.2.6. Sis ema de con ol del gas
Es á compues o po un conjun o de ál ulas de al a p ecisión, manóme os y caudalíme os
másicos que egulan la en ada de gases como a gón (A ) o gases eac i os (O2, N2).
El sis ema de con ol de gases desempeña un papel undamen al en el p oceso de
spu e ing, ac uando como un egulado p eciso que man iene las condiciones óp imas
den o de la cáma a de acío. Es e sis ema ges iona cuidadosamen e an o el lujo como
la p esión del gas de p oceso, lo cual esul a esencial pa a sos ene un plasma en
condiciones es ables du an e odo el p ocedimien o.
La egulación me iculosa del lujo de gas cumple dos obje i os c uciales: po un lado,
ga an iza que la película se deposi e a una elocidad uni o me y cons an e; po o o lado,
pe mi e ob ene exac amen e la composición química deseada en la capa deposi ada. Es a
p ecisión cob a especial ele ancia en el caso del spu e ing eac i o, donde el sis ema
debe man ene una p opo ción especí ica y con olada de gases eac i os pa a log a que
Pàg. 50 Memo ia
se o men los compues os químicos p e is os en la película delgada esul an e.
4.1.3. P oceso de deposición (Magne ón spu e ing)
Es e p oceso es el mismo desc i o en (P ades e al., 2024), con la di e encia de que se
abaja con C C en ez de DLC. P ime amen e, se ab e la campana y se coloca el po a-
subs a o den o de la cáma a. P e iamen e se ha colocado el subs a o en el po a-
subs a o que iene en su pa e pos e io un cale ac o que nos a a pe mi i que la película
c ezca a una empe a u a dada en el subs a o. Es o es pa a mejo a la mo ilidad de los
á omos una ez ya han sido isiso bidos. Se cie a la campana p ocu ando que las gomas
del c is al se alineen co ec amen e pa a el acío. Aho a se enciende la bomba mecánica
pa a inicia el acío, se ab e comple amen e la ál ula de compue a de ul a al o acío. Se
espe a has a alcanza un acío de al menos 1·10-3 mba . En es e momen o, se enciende
la bomba u bomolecula y se espe a a alcanza un acío de 1·10-6 mba .
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Figu a 9.2. In e io de la cáma a donde ocu e el Magne on Spu e ing. Fuen e: P ades e
al, 2024.
A con inuación, se enciende el cale ac o , an o del blanco como del subs a o con el in de
desgasi ica los obje os ísicos en el in e io de la cáma a de acío. Una ez se alcanza
es e acío esidual, hemos ga an izado que solamen e es a án p esen es den o la cáma a
las especies a ómicas y molecula es que se desean pa icipen o no en la cons i ución de
la película. Se p ocede a ab i en onces a a és de una ál ula elec omecánica con olada
po un medido de lujo másico pa a la in oducción del a gón en el cual gene amos
Pàg. 52 Memo ia
inicialmen e el plasma. Se cie a p og esi amen e la ál ula de compue a de ul a al o
acío pa a alcanza el equilib io de lo que ing esa a a és de los medido es lujo másicos
y lo que sale a a és de la ape u a de la bomba u bo molecula . Es e equilib io ga an iza
las p esiones de abajo de a gón.
Seguidamen e, se gene a a a és de adio ecuencia la di e encia de po encial que a a
acele a los elec ones que inalmen e ionizan el gas inco po ado den o de la cáma a. Una
ez que se consigue el plasma es able de a gón se coloca la pan alla p o ec o a del
subs a o a medio camino en e el blanco y el po a subs a o. Finalmen e se ajus a el
po encial del cá odo con el in de hace lo más elec onega i o con elación al po encial
lo an e del plasma acele ando así los ca iones de A gón hacia los blancos de C omo y
g a i o a ancando de es os iones an o de C como C.
Una ez inco po adas las especies de Ca bono y C omo al plasma, se p ocede a le an a
la compue a (pan alla) dejando expues o el subs a o al plasma, y aquí es donde a a és
del po encial de bias se pe u ba elec os á icamen e el plasma con el subs a o
p o ocando el compo amien o colec i o del plasma gene ando una lámina en ol en e
posi i a al ededo del subs a o la cual in e cambia ma e ia con es e y así c ece la película
de C C.
Las condiciones de bias ue on a iadas pa a es udia sus e ec os en las p opiedades de
las películas de C C. Es o pe mi ió ob ene da os compa a i os sob e la adhesión,
uni o midad, y es uc u a in e na de las películas bajo di e en es condiciones de deposición.
Es e p ocedimien o se hace pa a unas condiciones pa icula es de po encial de bias, en
conc e o de unos alo es de; -20V, -40V, -50V, -80V, -100V, -120V y -150V.
4.2. Ca ac e ización de películas
4.2.1. Mic oscopía Elec ónica de Ba ido (FESEM)
La mic oscopía elec ónica de ba ido (FESEM) es una écnica a anzada que emplea un
haz de elec ones en luga de luz isible pa a gene a imágenes al amen e ampliadas de
mues as a ni el mic oscópico. Tal y como exp esa (P ades e al. 2024), a di e encia de los
mic oscopios óp icos con encionales, el FESEM u iliza campos eléc icos y magné icos
pa a en oca y di igi el haz de elec ones hacia la mues a analizada. Al in e ac ua con la
supe icie de la mues a, es e haz gene a di e sas señales, como elec ones secunda ios,
elec ones e odispe sados y ayos X ca ac e ís icos, en e o as. Es as señales se
ecogen y p ocesan pa a c ea imágenes elec ónicas de alladas, pe mi iendo es udia
an o la composición como la es uc u a de la mues a.
La mic oscopía elec ónica de ba ido (FESEM) se emplea en múl iples disciplinas que
equie en de esoluciones muy al as, incluyendo, po ejemplo, la ciencia de ma e iales o la
biología celula . Su p incipal en aja en e a la mic oscopía óp ica con encional adica en
su capacidad pa a alcanza esoluciones mucho más al as, lo que pe mi e examina
E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
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de alles a escalas nanomé icas y submic omé icas. No solo p opo ciona imágenes de
g an p ecisión, sino que el FESEM ambién posibili a el análisis químico cuali a i o y
semicuan i a i o median e espec oscopía de dispe sión de ene gía de ayos X (EDS). Es a
écnica pe mi e iden i ica los elemen os p esen es en la mues a e ilus a su dis ibución
espacial. Po es as azones, el FESEM es una he amien a esencial pa a la in es igación
cien í ica y el desa ollo ecnológico, aba cando un amplio espec o de aplicaciones y
disciplinas.
4.2.2. Focused ion beam (FIB)
El seccionamien o a a és de la écnica de Focused Ion Beam, ue ealizada en una
es ación de cañón dual (modelo neón 40, ma ca Ca l Zeiss) equipado con un Scho ky FE-
SEM y de una columna del ion de GA + (modelo CANION31, ma ca O say). En la se ie de
imágenes que se mues an a con inuación se puede e la secuencia de pasos lle ados
cuidadosamen e aplicados pa a log a el seccionamien o del espécimen y pode obse a
más adelan e en su sección ans e sal la película, an o po SEM como po HRTEM.
En las imágenes de la igu a 10 podemos obse a el mon aje y geome ía del sis ema de
p epa ación y medición.
Figu a 10: Con igu ación o iginal (izquie da) y con igu ación pa a el esado iónico
(de echa), disposición del cañón espec o a la supe icie de la mues a. Fuen e p opia.
En la igu a 11 se obse a la disposición inicial del equipo, donde el eje del cañón de
elec ones secunda ios (SE) es á alineado con el ec o no mal a la supe icie lib e de la
película. Seguidamen e la mues a se ajus a pa a ob ene un ángulo de 54º espec o al eje
e ical. Es o causa que el ec o no mal a la supe icie lib e quede alineado con el eje del
cañón de esado iónico. “Es impo an e des aca que el equipo cuen a con un so wa e
que ga an iza la co ección de la inclinación pa a la cuan i icación dimensional sob e el
plano obse ado en elec ones secunda ios”.

Pàg. 54 Memo ia
Figu a 11: Con igu ación o iginal (izquie da) y con igu ación pa a el esado iónico
(de echa), con ángulos ela i os isualizados. Fuen e p opia.
Figu a 12 (a, b): Sis ema de cañones pa a inyección de gases pa a el esado iónico,
isualizados desde dis in os ángulos. Fuen e p opia.
O o componen e del equipo es el sis ema de inyección de Pla ino gaseoso. En la igu a
12 b, se pueden obse a los cinco su ido es del gas. El p ecu so me al-o gánico usado
pa a la deposición del el Pla ino (P ) es T ime il (me hyl-cylo-pen a-dienyl), pla ino (IV)
C9H16P .
Con el obje i o de p o ege la es uc u a subyacen e de la mues a en e al daño iónico
du an e el esado de las osas que dejan expues a la sección ans e sal de la película,
así como ambién la in e ca a del subs a o del ecub imien o, se aplican dos capas de
Pla ino p e iamen e. En p ime luga , la egión de in e és se cub e con una p ime a capa
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ina de Pla ino (P ) de ap oximadamen e 200 nm, u ilizando de la écnica de “deposición
asis ida po elec ón”, es a p ime a capa iene como obje i o p o ege la es uc u a
subyacen e del daño del bomba deo iónico que su e la mues a du an e la o mación de
la segunda capa. Bajo las condiciones de abajo en es e equipo, es e p ime p oceso a da
al ededo de 5 minu os, usando un ol aje de acele ación del haz de SEM de 5KeV. Una
ez deposi ada es a p ime a película de baja ene gía, se p ocede en onces a deposi a una
segunda capa de Pla ino, aho a u ilizando un “p oceso de bomba deo iónico”. En es a
segunda capa de p o ección se alcanzan espeso es de 1 mic óme o. Pa a o ma es a
capa se u iliza un cañón de iones, ba iendo la zona de in e és du an e 10 minu os con un
ol aje de 30KeV y 50pA. En la secuencia de imágenes mos adas en la igu a 13, se
pueden obse a ambas e apas del p ocedimien o de p o ección con Pla ino de la
supe icie del ecub imien o.
Figu a 13: Secuencia de esado en el FIB DLC 08 150V Fuen e p opia.
Una ez deposi adas ambas capas se p ocede al mecanizado sob e la supe icie dos
su cos en o ma de cuña de ap oximadamen e 15mm de anchu a, y 10mm de p o undidad
al como se mues a en la imagen, gene ando en e ellos una delgada lámina pe pendicula
a la supe icie lib e de la película. Es e p ime p oceso de esado iónico u ilizado pa a el
seccionamien o de es os su cos se ealiza con unas condiciones de ope ación de 30 KV y
10 nA, y una ez que quedan expues as es as dos supe icies o ca as de la lámina, se
pulen con el cañón de iones, u ilizando unas condiciones de ope ación menos ag esi as,
siendo el mismo ol aje, pe o una co ien e de 2nA.
Pàg. 56 Memo ia
Figu a 14: Secuencia de esado en el FIB DLC 08 150V. Fuen e p opia.
Podemos e un diag ama del esul ado del esado iónico que ob enemos en la igu a 15.
Podemos e la simili ud con las igu as 14 y 20.
Figu a 15: Diag ama de la lámina ob enida con FIB. Las capas oja y g ana e ep esen an
las capas de Pla ino, la azul la película de DLC, la e de la capa de enlace de C C y la
g is el subs a o. Fuen e p opia
Es e p ime mecanizado nos pe mi e e alua con p ecisión, en e o as cosas el espeso
de la película, y ep esen a la p ime a ase pa a la ex acción de una lamela, que pe mi e
p o undiza el es udio de la sección ans e sal de la película, a a és de la écnica de
mic oscopía elec ónica de ansmisión de al a esolución, me odología que comen a emos
seguidamen e.
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Figu a 16: Secuencia de esado en el FIB DLC09 Fuen e p opia
Figu a 17: Secuencia de esado en el FIB DLC 14 100V Fuen e p opia
Figu a 18: Secuencia de esado en el FIB DLC 11 120V” Fuen e p opia.
Pàg. 64 Memo ia
27 b)
Figu a 27: (a) Vis a gene al donde se ap ecian cla amen e algunos de ec os en la capa
deposi ada 80V (b) De alle de la opog a ia de la zona lib e de de ec os omada a una
mgni icacion de 20.000 X. Fuen e p opia
En la igu a 27, podemos ap ecia una is a gene al de la supe icie lib e de la película de
DLC-C C deposi ada a un po encial de 80V. En la misma se pueden obse a un núme o
impo an e de de ec os, que pueden alcanza los 5 mic óme os de diáme o, pe o que al
hace una ampliación de la zona (b), podemos e el mismo de ec o aho a de o ma
incipien e, de amaños que oscilan al ededo de los 0,5 mic óme os de diáme o. A
con inuación, se ealiza un es udio pa a e i ica si dichas impe ecciones son allas que
dejan expues o el subs a o, lo que ae ía consigo un muy mal desempeño a ni el de la
espues a an e la co osión. Es impo an e des aca que se iene 3 ipos de de ec os, dos
de ipo de Pin hole y un e ce o cla amen e un cue po incohe en e con la capa de DLC,
p esumiblemen e una mic ogo a de C omo, pe o que se e i ica a más adelan e con el
es udio po espec oscopia po dispe sión en ene gías de ayos X.

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spu e ing" Pág. 65
Figu a 28: o omic og a ía po FESEM. Modo de imagen de SE, donde se obse a en
de alle la mo ología de los po os supe iciales. Fuen e p opia
En el po o supe io pa ecie a e se que queda expues o el subs a o, mien as que el po o
in e io pa ecie a que solo se ha desp endido la capa de DLC, man eniéndose adhe ida la
capa de enlace de C C. Aquí ambién es impo an e hace la obse ación que exis e un
mayo núme o de po os apa en emen e inconexos con el subs a o.
Como se sugi ió con an e io idad, al ealiza un análisis químico semicuan i a i o de las
go as de colo cla o, se pudo e i ica la p esencia de C omo p ác icamen e pu o, si
conside amos la esolución la e al de equipo. (Fig 29). Po o a pa e, los es udios po EDS
ealizados sob e el po o que se encuen a en la pa e supe io de la imagen con i ma que
el subs a o queda expues o al medio ambien e, como en el p ime espec o mues a
mayo i a iamen e la p esencia de Ca bono, luego se e i ica la coexis encia de C -C,
ep esen ando la capa de enlace y inalmen e se de ec a Molibdeno y Cobal o lo que
sugie e que es amos ecibiendo ayos X ca ac e ís icos del subs a o.
Pàg. 66 Memo ia
Figu a 29.- E aluación química elemen al de las capas ( oja) Pa ícula incohe en e
supe icial, (ama illa) Capa de DLC, ( e de) Capa de enlace de C C y (azul) Subs a o
de Co-C -Mo. Fuen e p opia
Es impo an e des aca que los espec os mos ados en la igu a 29, son ca amen e
semicuan i a i os, La écnica de EDS, no es p opiamen e una écnica de ca ac e ización
supe icial, de mane a que odos los espec os se en in luenciados po las químicas
p opias de las capas subyacen es, aunado a eso enemos la esolución la e al del haz que
a as a señal de su en o no. Sin emba go, conocido el sis ema subs a o ecub imien o
que se e alúa, se puede in e i de mane a inequí oca que el espec o en la supe icie
sugie e la capa de DLC al mos a un pico muy ele ado al ededo de las ene gías
E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
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co espondien es al Ca bono, luego la capa in e media e leja la p esencia del C ,
coexis iendo con el ca bono y inalmen e el espec o de la supe icie mas in e na se
iden i ican an o el cobal o como el molibdeno asociados exclusi amen e al subs a o
u ilizado en el p esen e es udio.
Aho a bien, desde el pun o de is a de c ecimien o de las capas, se puede obse a desde
el pun o de is a es uc u al, encon amos que, a di e encia de las mues as deposi adas
sob e el Silicio p e ias al p esen e es udio y las mues as o iginalmen e deposi adas sob e
el C -Co-Mo, sin capa de anclaje, la p esencia de la capa de enlace sugie e una es uc u a
columna signi ica i amen e más bas a que las an e io es, así como ambién pa ecie a
exis i un espaciamien o in e columna muy g ande, lo cual se puede ap ecia en las
imágenes mos adas en las igu as 30.
Figu a 30: de alle del Pin Hole de ipo conexo. Fuen e p opia.
O o aspec o in e esan e que se puede obse a en las mic og a ías an e io es, en especial
las omadas a magni icaciones de 50.000X es el ipo de modelo de c ecimien o
expe imen ado po la película de DLC, el mismo se co esponde al modelo p opues o po
Volme -Webe , en es e caso se en iende que la ene gía de ensión supe icial de la
aleación de Co-C -Mo es meno que la del C C, p oduciéndose el c ecimien o de islas con
un p onunciado ac o de o ma. También se puede in e i de es a mo ología columna , la
Pàg. 68 Memo ia
posible baja empe a u a del subs a o, así como una al a asa de deposición, gene ándose
así es as columnas an g andes de al ededo de 100 nanóme os de diáme o. Mien as
que el C C pa ecie a se más nanoc is alino, he incluso mul icapa, lo cual se pod á e i ica
en el es udio po HRTEM de la sección ans e sal de la película.
Finalmen e, y de o ma cuali a i a se puede ap ecia en la imagen mos ada en la igu a
31, que las mues as deposi adas con un po encial de Bias de 150V p esen an meno
densidad de de ec os, incluso no encon ándose pin hole del ipo conexo lo cual sugie e
un mejo compo amien o an o ibológico como a e la co osión.
Figu a 31: De alle supe icial de las mues as deposi adas con po encial de bias de
150V. Fuen e p opia.
E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
spu e ing" Pág. 69
5.2. Es udio po Mic oscopia elec ónica de ansmisión de
al a esolución HRTEM.
A con inuación, se p esen a los esul ados del es udio po mic oscopia elec ónica de
ansmisión de al a esolución, en es e caso solo de especímenes p elimina es solo
ecubie os con la película de enlace de C C. P ime amen e, se mues an las imágenes de
la secuencia de p epa ación de los dos especímenes pa a e alua las capas en sección
ans e sal, ob enidas a a és de la écnica de FIB. El equipo de FIB es a equipado con
de ec o es de elec ones an o e odispe sados como secunda ios que nos pe mi en
e alua en cada momen o de la ope ación de p epa ación de la mues a. Las imágenes
mues an p ime amen e el es ado de a supe icie lib e de la película, a pa i de la cual se
ex ae án las secciones ans e sales, seguidas de dos imágenes de la pa ed de expues a
en el espécimen de olumen del cual inalmen e se ex ae á la lámina en sección
ans e sal y po úl imo una imagen donde se mues a la medición di ec a del espeso que
se á obje o de la e aluación po HRTEM.
32 a)

Pàg. 70 Memo ia
32 b)
Figu a 32: Supe icie lib e de la película (a) Mues a de C C-Co-c -Mo ob enida con un
po encial de bias de 80V y (b) C C-Co-c -Mo ob enida con un po encial de bias de
150V
E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
spu e ing" Pág. 71
33 a)
33 b)
Pàg. 72 Memo ia
Figu a 33: pa ed de expues a en el espécimen de olumen del cual inalmen e se
ex ae á la lámina en sección ans e sal (a) Mues a de C C-Co-C -Mo ob enida con
un po encial de bias de 80V y (b) C C-Co-C -Mo ob enida con un po encial de bias de
150V. Fuen e p opia.
Po úl imo, un conjun o de imágenes donde se mues a la medición di ec a del espeso
que se á obje o de la e aluación po HRTEM, en donde se ap ecian espeso es lige amen e
mayo es pa a el espécimen sin e izado a 80V, lo cual pudiese explica se po el posible
e ec o de eespu e ing gene ado po el bomba deo desde el plasma hacia el subs a o
du an e la sín esis.
34 a)
E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
spu e ing" Pág. 73
34 b)
Figu a 34: (a) Mues a de C C-Co-c -Mo ob enida con un po encial de bias de 80V y (b)
C C-Co-c -Mo ob enida con un po encial de bias de 150V. Fuen e p opia.
En las igu as 35 y 36 se obse an un conjun o de imágenes pa a las dos condiciones
e aluadas. Las imágenes en campo cla o es án acompañadas del co espondien e pa ón
de di acción de elec ones en á ea selec a. Pa a ambas condiciones se obse a
c is alinidad, que e a lo espe ado, pe o adicionalmen e, los anillos di usos que se
supe ponen al pa ón de pun os sugie en c is ales muy inos a ni el nanoscopico.
Figu a 35: Imagen en campo cla o del ecub imien o en seccion ans e sal y el
co espondien e pa on de di accion d elec ones en a ea selec a. Fuen e p opia.
Pàg. 80 Memo ia
8. Es udio ambien al
8.1. Impac o de la o mación de las películas de C C
La o mación de las películas de C C c eadas en el abajo no compo a la emisión de
con aminan es al medio ambien e, ya que el p oceso de PVD es un p oceso en acío que
implica la apo ización de ma e iales en condiciones con oladas, sin la necesidad de usa
p oduc os químicos o gases óxicos. Además, al ope a en un en o no ce ado, se minimiza
la libe ación de pa ículas o emisiones al ambien e. Es o ga an iza un p oceso limpio y
sos enible.
Además, el p oceso iene un cos e ene gé ico muy pequeño, y po ende una huella de
ca bono muy pequeña, que se suma al pequeño cos e ene gé ico y de ca bono de ob ene
los ma e iales pa a el p oceso.
Po ejemplo, la po encia de consumo del equipo es de 200 Wa s, (la mayo ía de es e
p o iene del cale ac o de los blancos). Sabiendo que hemos ealizado 10 ba ches y cada
ba ch equie e 36 minu os, enemos un consumo ene gé ico de 1.2 kWh.
Según (Meh pooyaa e al., 2020) en la ob ención del A gón pa a la a mos e a ine e, pa a
un p oceso con encional, que consis e en una unidad de sepa ación de ai e c iogénica
con encional (ASU o ai sepa a ion uni ), se es ima que el cos e ene gé ico de p oduci un
kilog amo de a gón es de 17.17 kWh. Pa a un p oceso más op imizado, que in eg a la
ecupe ación de ene gía ía del LNG (Gas na u al liquado) e in eg ación de una segunda
unidad de ASU, el cos e ene gé ico es de 11.49 kWh/kg. Sabiendo que usamos
ap oximadamen e el 0,25 % de una bombona de 14 li os de A gón pa a cada pel·lícula o
ba ch, habiendo ealizado 10 ba ches, esul a en un consumo de a gón de 0.35 li os de
A gón liquado. Según Ca bu os Me álicos (2022), la densidad del A gón liquado es de
1.404 kg/l, po ende, usamos 0.4914 kg de A gón. A pa i de es a ci a, podemos calcula
un gas o ene gé ico asociado a es e ecu so, y así calcula su huella de ca bono. Usa emos
la es imación más al a pa a pone nos en el peo caso possible, que co esponde a una
gas o ene gé ico equi alen e de 8.437 kWh, edondeado a 3 decimales.
Según (O icina Española del Cambio Climá ico, 2024) la ene gía en España iene una
huella de ca bono equi alen e a 0,260 kg CO2-eq/kWh (Conside ando un mix de ene gía
sin Ga an ías de O igen). Conside ando es e da o, enemos un gas o o al ene gé ico de
9.64 kWh ( edondeado a 2 decimales), que usando el ac o de con e sión an e io men
mencionado, co esponde a un o al de 2.5 kg CO2-eq pa a la ene gía usada pa a hace
el o al de nues as películas.
Seguimos un p oceso simila pa a el es o de ecu sos de nues o p oceso.
Pa a el blanco de g a i o, según (Su o se a e al., 2022), la es imación de la huella de
ca bono pa a la o mación de un kilog amo de g a i o son 13.8 kg CO2-eq/kg. Conside ando

E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
spu e ing" Pág. 81
que uno de los blancos usados en el p oceso pesa ap oximadamen e 0.5 kg, y usamos
ap oximadamen e un 1% del ma e ial ( al como se ha expues o en el apa ado 7.1),
enemos unas emisiones associadas a es e ecu so de 0.69 kg CO2-eq.
Pa a el Blanco de C omo, según (To ubia e al., 2020) sabemos que el HES o (Escena io
de emision al o po sus siglas en inglés) pa a la p oducción de un kilog amo de C es de
31,4 kg CO2-eq/kg. U ilizamos la emisión supe io ya que escogemos el peo escena io
posible. Debido a que usamos un blanco de 0.5 kg, y igual que con el blanco de g a i o,
usamos solo un 1% de su masa, podemos conclui que debido a es e ecu so, ob enemos
unes emisiones de 1.57 kg CO2-eq.
A con iuación se p esen a la abla 8, que con iene las huellas de ca bono equi alen e, así
como una es imación del o al emi ido:
Tabla 8: Emisiones equi alen es de CO2 asociadas a los dis in os ecu sos usados en el
abajo (exp esadas en kg CO2).
Recu so
Emisiones de CO2 [kg CO2-eq]
Equipo
0.312
A gón
2.193
Blanco C
1.57
Blanco C
0.69
To al
4.76
La huella de ca bono de la ealización de nues o p oyec o ha sido de 2.76 kg CO2-eq, que
es una can idad pequeña. Pa a da una idea de equi alencia; Según los da os de Škoda
(2024), un coche compac o como el Škoda Fabia 1.0 TSI emi e de media (cálculo de
conducción mix a) 114 g amos de CO₂ po cada kilóme o eco ido. Es o signi ica que pa a
alcanza 4.76 kg (4760 g amos) de CO₂, el ehículo end ía que eco e ap oximadamen e
42 kilóme os, que equi ale a es cua os de ho a de conducción mix a ap oximadamen e.
Pàg. 82 Memo ia
8.2. Impac o del uso de es a ecnología en la indús ia
Más impo an e que el calculo de la huella de ca bono de nues o p oceso, es conside a
que implicaciones iene aplica un a amien o de C C y DLC a una pieza me álica. Es e
a amien o pe mi e que las piezas engan una ida úl il muchisimo mayo , que e i a la
p oducción o eciclaje de nue o ma e ial pa a eemplaza las piezas. También mimimiza la
co osión de las piezas, así augmen ando su ciclo de ida. Es e p oceso se puede ealiza
a g an escala, y a ni el indus ial acaba eniendo un impac o mucho meno que la
p oducción a pequeña escala del labo a o io, que hace que la huella de Ca bono inal sea
desp eciable, especialmen e conside ando los bene icios asociados a la ida ú il. Po
ejemplo, las bombas usadas pa a la ex acción de pe óleo, ienen una ida ú il de unas
ho as. Con un a amien o de DLC, podemos ex ende su ida has a a ios meses.
Adicionalmen e, es os a amien os aplicados a eng anajes y o os componen es de
ae ogene ado es, disminuyen en g an can idad la ene gía pe dida po la icción,
augmen ando su e iciencia signi ica i amen e, aba a ando cada ez más la ene gía limpia.
Es o compo a no solo un aho o económico eno me, sino uno ambien al ambién.
E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
spu e ing" Pág. 83
9. Es udio social i de igualdad de géne o
Es impo an e se conscien e de las di icul ades que pueden padece di e en es colec i os
debido a su gene o, o igen, o ien ación sexual e c, en ambi os como la ingenie ía. Dicho
es o, cada ez más muje es acceden a ca e as uni e si a ias del ámbi o ecnológico y
cien í ico. Según el COGITI, en e 2011 y 2021, el po cen aje de muje es que es udian
ingenie ía en el ámbi o indus ial ha c ecido signi ica i amen e, con un aumen o del 6% en
ma iculaciones y casi un 8% en eg esadas. Aunque los homb es siguen siendo mayo ía,
es e a ance e leja un cambio posi i o impulsado po campañas pa a omen a ocaciones
emeninas en ingenie ía. Las especialidades con mayo p esencia emenina son Química
Indus ial, seguida po Mecánica y Eléc ica, mos ando una endencia al alza en odas
ellas. Es as ci as e idencian el impac o de inicia i as educa i as y exposiciones que
isibilizan modelos emeninos en el sec o , p omo iendo la igualdad en es e ámbi o.
En el ambi o labo al, como podemos obse a en la igu a 42, emos que cada ez se a
es echando la di e encia en e la p opo ción de homb es y muje es que abajan en
ocupaciones STEM, especialmen e en e las edades de 24 a 34 años, donde ha habido un
augmen o del 135% po pa e de las muje es con a el 26% po pa e de los homb es.
Figu a 42: Aumen o del po cen aje de muje es y homb es en ocupaciones STEM.
Fuen e: Cob e os e al., 2024. Muje es en STEM: Desde la educación básica has a la
ca e a labo al.
Pàg. 84 Memo ia
C eo con since idad que la ecnología u ilizada en es e abajo no disc imina. Podemos
encon a uen es de au o es con o ígenes muy di e sos, así como homb es y muje es
indis in amen e, como queda e a ado en la bibliog a ía, especialmen e en los a ículos
más ecien es. Es o ambién se e leja en la composición de nues o equipo, con o mado
po di e sos g upos ulne ables.
La in es igación lle ada a cabo iene un e ec o posi i o en odos los ámbi os, ya que se
pude usa pa a la mejo a y aba a amien o de p o esis médicas y o os p oduc os, haciendo
posible que la can idad de gen e que pueda accede a es os sea mayo . Adicionalmen e,
ambién pe mi e el aba a amien o de la ene gía limpia, haciendola una p oposición más
ealis a pa a sociedades con menos ecu sos.
E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
spu e ing" Pág. 85
10. CONCLUSIONES
A lo la go del abajo, el análisis con las écnicas de ca ac e ización HRTEM, FESEM y
EDS, ha pe mi ido la ca ac e ización de las películas de enlace C C según el po encial de
bias u ilizado. Se exponen a con inuación las conclusiones ob enidas de dicha
ca ac e ización:
I. El ediseño del po asubs a o pa a e i a el a aque selec i o del bo de de la
p obe a ue exi oso, log ando así un p oceso que pudiese ecub i globalmen e oda
la supe ície lib e del especímen.
II. El uso de es a capa de Ca bu o de C omo pe mi ió el anclaje de la película de DLC
sob e el subs a o de la supe aleación C -Co-Mo de una mane a sa is ac o ia. El
núme o de de ec os supe iciales de la película disminuye con el inc emen o del
po encial de bias. A mayo po encial de bias el 100% de los de ec os encon ados
no e an pinholes conexos, sino que la película de DLC se desp endía de la capa
de C C, pe o no así el C C del subs a o, con lo cual no había p oblema de picadu a
ni co osión po ai eación di e encial en es as mues as.
III. La capa de C C, al se de na u aleza mul icapa y nanoes uc u ada, o ece al
conjun o una mayo enacidad de ac u a apa en e, y po ende, inc emen a ía la
esis encia de ese sis ema a ope a bajo ca gas dinámicas.
Pa a conclui , es e es udio demues a que el diseño op imizado del po asus a o y la
aplicación de películas de Ca bu o de C omo (C C) como capa de enlace pe mi en mejo a
signi ica i amen e la adhe encia y calidad de los ecub imien os de DLC deposi ados sob e
el subs a o C -Co-Mo. Los esul ados ob enidos esal an el e ec o posi i o del po encial de
bias en la educción de de ec os supe iciales y la in eg idad del sis ema mul icapa. Es as
ca ac e ís icas, jun o con la enacidad mejo ada po la nanoes uc u ación del C C,
posicionan al sis ema como una solución p ome edo a pa a aplicaciones en en o nos
exigen es y bajo condiciones dinámicas.

Pàg. 86 Memo ia
11. Ag adecimien os
Quie o exp esa mi más since o ag adecimien o al u o del abajo, C isan o Villalobos,
cuyo apoyo y guía han sido esenciales a lo la go de es e p oyec o. Su expe iencia y
di ección han sido in aluables, no solo po su cons an e disponibilidad, sino ambién po
su capacidad pa a p opo ciona una o ien ación cla a y p ecisa en odos los aspec os del
abajo.
Asimismo, ag adezco al Minis e io de Compe i i idad po inancia el p oyec o de
in es igación mac o que ha posibili ado la ejecución de es e abajo, y a la Uni e sidad de
Ba celona, en pa icula al Depa amen o de Física Aplicada, po b inda me los ecu sos y
el apoyo necesa ios.
Mi econocimien o ambién a ETSEIB y su ed de biblio ecas, po acili a me el acceso a
sus ins alaciones e in o mación y documen ación ac ualizada, lo cual ha sido undamen al
pa a el desa ollo de es e abajo.
E aluación del e ec o del po encial de bias en el c ecimien o de una película de enlace de C C ob enida po "magne on
spu e ing" Pág. 87
12. Bibliog a ía
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eg esadas-casi-un-8-2]