ES2400621A1

ES2400621A1 - Automatic device for manufacturing nanostructured films with thickness control in real time. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Info

Publication number: ES2400621A1
Application number: ES201030246A
Authority: ES
Inventors: Jesús M. CORRES SANZ; Ignacio R. MATÍAS MAESTRO; Francisco J. ARREGUI SAN MARTÍN; Cándido BARIÁIN AISA; Ignacio DEL VILLAR FERNÁNDEZ; Eduardo TEJERO PASCUAL; Eduardo JAUNSARÁS MUNÁRRIZ
Original assignee: Universidad Publica de Navarra
Current assignee: Universidad Publica de Navarra
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2030-02-22
Also published as: ES2400621B1

Abstract

The invention relates to a device for depositing nanostructured films onto pieces by the electrostatic self-assembly method layer by layer. Said device comprises a system for monitoring the thickness of the deposited film based on optical fiber. The system allows to estimate the thickness of the film during the process in real time, layer by layer, and thus improve the uniformity of the thickness of the films. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

La presente invención está relacionada con las técnicas de fabricación de materiales nanoestructurados, concretamente con el método de autoensamblado electrostático capa a capa The present invention is related to the techniques of manufacturing nanostructured materials, specifically the method of electrostatic self-assembly layer by layer

(ESA) . (THAT) .

ESTADO DE LA TÉCNICA STATE OF THE TECHNIQUE

La nanotecnología estudia el control de la composición y estructura de la materia a escala atómica y molecular. El control de la estructura de la materia a nivel molecular permite fabricar materiales que presenten unas determinadas Nanotechnology studies the control of the composition and structure of matter at an atomic and molecular scale. The control of the structure of matter at the molecular level allows manufacturing materials that have certain

propiedades properties: macroscópicas, las cuales son de utilidad en macroscopic, the which They are from utility in

áreas areas: tales como la medicina, el medioa mbiente, la such how the medicine, he medium environment, the

electrónica y electronics and: otros muchos campos. others Many fields

En el campo de la fabricación de recubrimientos nanoestructurados es conocida la técnica de Autoensamblado Electrostático (o Electrostatic Self-Assembly, ESA) Entre sus principales ventajas se pueden citar el gran control que tiene el diseñador sobre la composición y nanoestructura de las películas, o la gran versatilidad en cuanto a la creación de nuevos materiales con una gran flexibilidad en cuanto a compuestos químicos, naturaleza y tamaño de los sustratos, pudiendo fabricarse incluso materiales biocompatibles. In the field of manufacturing nanostructured coatings, the Electrostatic Self-assembling (or Electrostatic Self-Assembly, ESA) technique is known. Among its main advantages can be cited the great control that the designer has on the composition and nanostructure of the films, or the great versatility in terms of creating new materials with great flexibility in terms of chemical compounds, nature and size of the substrates, and even biocompatible materials can be manufactured.

El método ESA consiste en la inmersión alternativa en diferentes soluciones aniónicas y catiónicas, gracias a las cuales se induce el crecimiento de capas de moléculas de espesor controlado en el rango molecular. Los pasos a seguir para fabricar una nanopelícula son los siguientes, tal y como se muestra en la figura l. En primer lugar, se realiza un ataque ácido al material sobre el que se va a depositar la nanopelícula. Tras ello se realizan una serie de lavados con agua ultrapura con lo que se consigue un sustrato cargado negativamente. Seguidamente, se sumerge The ESA method consists of the alternative immersion in different anionic and cationic solutions, thanks to which the growth of layers of controlled thickness molecules in the molecular range is induced. The steps to follow to make a nano-film are the following, as shown in figure l. First, an acid attack is carried out on the material on which the nano-film is to be deposited. After this, a series of ultrapure water washes are carried out, which results in a negatively charged substrate. Then it dives

dicho saying: sustrato en una disolución de policatión durante un substratum in a dissolution from polycation during a

corto short: periodo de tiempo (varios minutos), se lava period from weather (various minutes), be wash

nuevamente again: con agua ultrapura para retirar las moléculas with Water ultrapure for remove the molecules

que that: no se han adherido, se sumerge en una disolución de no be have adhered, be submerges in a dissolution from

polianión y se vuelve a lavar con agua ultrapura. Este proceso de policatión/polianión se repite n veces para conseguir un espesor de n bicapas (una bicapa es un par positivo -negativo) polyanion and washed again with ultrapure water. This polycation / polyanion process is repeated n times to achieve a thickness of n bilayers (a bilayer is a positive-negative pair)

Actualmente los sistemas utilizados para automatizar el proceso de deposición ESA son robots de articulaciones lineales como por ejemplo el presentado en el artículo Review of Scientific Instruments 76, 103904, (2005) A estos sistemas el usuario les programa el número de iteraciones a realizar (bicapas), confiando en que si todas las variables físico-químicas se mantienen estables, los resultados serán repetibles. Es conocido sin embargo que el método ESA muestra dependencia de los parámetros ambientales (Multilayer thin films: sequential assembly of nanocomposite materials, Gero Decher, Joseph B. Schlenoff, John Wiley and Sons, 2003) . El origen de esta dispersión de resultados puede ser la temperatura, el pH, la concentración de las soluciones a lo largo del tiempo, o incluso el modo en que tienen lugar el lavado de las
Currently, the systems used to automate the ESA deposition process are linear joint robots such as the one presented in the article Review of Scientific Instruments 76, 103904, (2005). To these systems the user programs the number of iterations to be performed (bilayers ), trusting that if all the physical-chemical variables remain stable, the results will be repeatable. It is known however that the ESA method shows dependence on environmental parameters (Multilayer thin films: sequential assembly of nanocomposite materials, Gero Decher, Joseph B. Schlenoff, John Wiley and Sons, 2003). The origin of this dispersion of results can be the temperature, the pH, the concentration of the solutions over time, or even the way in which the washing of the

pueden they can: influir en distinto grado en la velocidad de influence in different grade in the speed from

crecimiento. increase.: Esto es especialmente patente en la This is especially patent in the

fabricación manufacturing: de sensores basados en nanorecubrimientos, en from sensors based in nanorecovers, in

los cuales el espesor final de la película está relacionado de forma directa con la sensibilidad del dispositivo. which the final thickness of the film is directly related to the sensitivity of the device.

OBJECT OF THE INVENTION

La invención se refiere a un sistema automatizado para la deposición de películas de espesor nanométrico. El cometido de la presente invención consiste en automatizar el proceso de deposición de modo que sea posible controlar mejor el espesor de la película. Para ello, la invención propone un sistema de deposición de películas nanoestructuradas sobre piezas mediante el método de autoensamblado electrostático capa a capa adaptado para controlar el número de iteraciones y tiempo que el objeto a recubrir permanece en cada uno de los depósitos aniónico, catiónico y de lavado que incluye: The invention relates to an automated system for the deposition of nanometric thickness films. The purpose of the present invention is to automate the deposition process so that it is possible to better control the thickness of the film. For this, the invention proposes a system of deposition of nanostructured films on pieces by means of the electrostatic self-assembling method layer by layer adapted to control the number of iterations and time that the object to be coated remains in each of the anionic, cationic and washing that includes:

a) un sistema electromecánico (A) con al menos dos articulaciones independientes, una de desplazamiento lineal que desplaza la pieza y otra de rotación que desplaza unos depósitos que contienen las disoluciones y el agua a utilizar en el método de autoensamblado, y al menos un sensor capaz de establecer la posición de la pieza respecto a los depósitos a) an electromechanical system (A) with at least two independent joints, one of linear displacement that displaces the piece and another of rotation that displaces some tanks that contain the solutions and the water to be used in the self-assembling method, and at least one sensor capable of establishing the position of the piece with respect to the deposits

b) un sistema de adquisición de datos, procesamiento y control del sistema electromecánico (C) basado en un microcontrolador
b) a data acquisition, processing and control system of the electromechanical system (C) based on a microcontroller

e) and): un sistema de seguimiento del espesor de la a system from tracing of the thickness from the

película movie: depositada en tiempo real basado en fibra deposited in weather real based in fiber

óptica optics: (B) . (B) .

El sistema de seguimiento (B) comprende un latiguillo de fibra óptica (11) con un extremo plano colocado en un plano paralelo al de la muestra y una fuente de 1 uz, adaptados para actuar como un interferómetro Fabry-Perot cuando la película se deposita sobre la fibra y la pieza. La fuente de luz es preferentemente un LED o un láser. El diámetro óptimo de la fibra es de 125, 200 o 400 micrómetros. The tracking system (B) comprises a fiber optic hose (11) with a flat end placed in a plane parallel to that of the sample and a 1-oz source, adapted to act as a Fabry-Perot interferometer when the film is deposited About the fiber and the piece. The light source is preferably an LED or a laser. The optimal fiber diameter is 125, 200 or 400 micrometers.

Gracias a la invención es posible monitorizar en tiempo real la deposición. Thanks to the invention it is possible to monitor the deposition in real time.

BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña la siguiente descripción de un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo se ha representado lo siguiente: In order to help a better understanding of the features of the invention in accordance with a preferred example of practical realization thereof, the following description of a set of drawings is attached, where the following has been represented by way of illustration:

Figura Figure: l. describe un método de deposición ESA para la l. describe a method from deposition THAT for the

creación creation: de nanopelículas de acuerdo con el estado de la from nano films from agreement with he state from the

técnica. technique.

Figura 2A.-es un esquema del sistema de deposición ESA con espesor controlado de acuerdo con la invención. Figure 2A.-is a scheme of the ESA deposition system with controlled thickness according to the invention.

Figura 2B.-es un detalle de la fibra óptica usada en el sensor óptico de acuerdo con la invención.
Figure 2B.-is a detail of the optical fiber used in the optical sensor according to the invention.

invención (vista isométrica) invention (isometric view)

Figura 4.-es un esquema del sistema robótico de la invención (alzado) Figure 4.- is a scheme of the robotic system of the invention (elevation)

Figura 5.-es un esquema del sistema robótico de la invención (planta) Figure 5.- is a scheme of the robotic system of the invention (plant)

Figura 6.-es un esquema del sistema robótico (vista lateral derecha) Figure 6.- is a scheme of the robotic system (right side view)

Figura 7.-es un esquema del sistema óptico de control de acuerdo con la invención. Figure 7.- is a schematic of the optical control system according to the invention.

Figura 8.-es una gráfica de la potencia óptica reflejada frente al número de capas de la película nanométrica. Figure 8.- is a graph of the optical power reflected against the number of layers of the nanometric film.

DETAILED DESCRIPTION

La presente invención consiste en un sistema robótico para realizar deposiciones de películas de espesor nanométrico, en particular mediante el método de autoensamblado electrostático (ESA) . Mediante un sistema óptico de control del espesor (figura 2A) se monitoriza en tiempo real la evolución del espesor de la nanopelícula. Esto permite ajustar de manera automática el número de iteraciones del método ESA en cada deposición; la finalidad fundamental es mejorar la uniformidad del espesor de las películas construidas. El dispositivo consta de varias partes: sistema mecánico (A), sistema óptico (B) y sistema de control (C) El sistema de control procesa los datos obtenidos a la salida del subsistema óptico para seguir la evolución del espesor de la nanopelícula en tiempo real y controla los accionamientos electromecánicos que posicionan
The present invention consists of a robotic system for making depositions of nanometric thickness films, in particular by the electrostatic self-assembly method (ESA). The evolution of the thickness of the nano film is monitored in real time by means of an optical thickness control system (Figure 2A). This allows to automatically adjust the number of iterations of the ESA method in each deposition; The main purpose is to improve the uniformity of the thickness of the constructed films. The device consists of several parts: mechanical system (A), optical system (B) and control system (C) The control system processes the data obtained at the output of the optical subsystem to track the evolution of the nano-film thickness in time real and controls the electromechanical drives that position

las muestras durante la realización del proceso ESA. El sistema óptico para el control en tiempo real del espesor de la nanopelícula permite detener el crecimiento de la misma de acuerdo a unos parámetros predeterminados. El dispositivo robotizado completo consta de una parte electro-mecánica (A), que se encarga de posicionar la muestra a recubrir y realizar los ciclos de lavado propios del método ESA. Un microprocesador (22) se encarga de muestrear mediante un convertidor analógico-digital (21) en determinados instantes de la deposición la respuesta del sistema óptico, previamente amplificada (20), y procesar los datos obtenidos a fin de seguir la evolución del the samples during the ESA process. The optical system for real-time control of the thickness of the nano-film allows its growth to be stopped according to predetermined parameters. The complete robotic device consists of an electro-mechanical part (A), which is responsible for positioning the sample to be coated and performing the washing cycles of the ESA method. A microprocessor (22) is responsible for sampling by means of an analog-digital converter (21) at certain moments of the deposition the response of the previously amplified optical system (20), and to process the data obtained in order to follow the evolution of the

espesor thickness: de la película en tiempo real. El sistema from the movie in weather real. He system

microprocesador microprocessor: también controla los accionamientos too controls the drives

electromecánicos electromechanical: ( 2 3) para la realización del proceso ESA, ( 2. 3) for the realization of the process THAT,

deteniendo stopping: el mismo en el momento en que el espesor de la he same in he moment in that he thickness from the

película ha alcanzado el valor establecido por el usuario. La tarjeta electrónica del sistema de control mantiene estable la temperatura del sistema óptico mediante una célula Peltier (19) para evitar derivas. movie has reached the value set by the user. The electronic control system card keeps the temperature of the optical system stable by means of a Peltier cell (19) to avoid drifts.

El diseño busca mantener las condiciones adecuadas que permitan la formación de películas de espesor nanométrico sobre distintos tipos de superficies, de forma automatizada y mejorando la uniformidad de los lotes de fabricación. The design seeks to maintain the appropriate conditions that allow the formation of films of nanometric thickness on different types of surfaces, in an automated way and improving the uniformity of the manufacturing batches.

La invención emplea de un sistema basado en fibra óptica para el control del espesor durante el propio proceso de deposición. Este sistema sirve para estimar la evolución del espesor de la película en tiempo real, capa a capa, y con un bajo coste (tanto de uso como de inversión en equipamiento) Al monitorizar en tiempo real el espesor de la película, es posible detener automáticamente el procedimiento una vez alcanzado el espesor requerido,
The invention employs an optical fiber based system for thickness control during the deposition process itself. This system is used to estimate the evolution of film thickness in real time, layer by layer, and with a low cost (both use and investment in equipment) By monitoring the film thickness in real time, it is possible to automatically stop the procedure once the required thickness is reached,

alterada; la ventaja de esta mejora es una mayor uniformidad y control de las propiedades de los elementos fabricados. altered The advantage of this improvement is greater uniformity and control of the properties of the manufactured elements.

La parte principal del sistema óptico (B) de control del espesor es un latiguillo de fibra óptica (11), en uno de cuyos extremos se ha realizado un corte a 90 o. La luz de una fuente tipo LED (18) se lanza a través de un brazo de un acoplador de fibra óptica monomodo con un coeficiente de acoplamiento del 50% (17). La luz llega hasta el extremo de la fibra óptica, donde una parte se refleja (dependiendo del espesor de la nanopelícula depositada) y retorna por el otro brazo del acoplador (17) que está conectado a un fotodetector (24). El fotodetector genera una señal eléctrica proporcional a la potencia óptica reflejada por el extremo de la fibra óptica (11). The main part of the thickness control optical system (B) is a fiber optic hose (11), at one end of which a 90 ° cut has been made. Light from an LED type source (18) is thrown through an arm of a single mode fiber optic coupler with a 50% coupling coefficient (17). The light reaches the end of the optical fiber, where one part is reflected (depending on the thickness of the deposited nano-film) and returns through the other arm of the coupler (17) that is connected to a photodetector (24). The photodetector generates an electrical signal proportional to the optical power reflected by the end of the optical fiber (11).

La parte electro-mecánica consta de una base rotatoria y un brazo con movimiento en el eje vertical (figura 3). The electro-mechanical part consists of a rotating base and an arm with movement in the vertical axis (figure 3).

Alternativamente Alternatively: se pueden usar otras posibles be they can use other possible

configuraciones configurations: mecánicas, que permitan el desplazamiento mechanical that allow he displacement

de from: la pieza a depositar a lo largo de los tres ejes del the piece to to deposit to the long from the three axes of the

espacio space: con articulaciones lineales. En este ejemplo with joints linear In East example

particular de ejecución, los depósitos con las disoluciones policatiónicas y polianiónicas (5), así como el agua ultrapura se sitúan sobre la base giratoria (2), mientras que la pieza a recubrir con la nanopelícula (4) se coloca en el extremo del brazo (8) La base, con movimiento rotacional, es accionada por un motor eléctrico paso a paso; un sensor de proximidad de tipo magnético (6) permite establecer el origen angular de la base, a fin de posicionar de forma absoluta los depósitos colocados sobre la misma. La otra articulación, también accionada por un
In particular, the tanks with polycationic and polyanionic solutions (5), as well as ultrapure water are placed on the rotating base (2), while the part to be coated with the nano-film (4) is placed at the end of the arm (8) The base, with rotational movement, is driven by a stepper electric motor; a proximity sensor of magnetic type (6) allows to establish the angular origin of the base, in order to absolutely position the deposits placed on it. The other joint, also operated by a

motor eléctrico de corriente continua (7), facilita la inmersión de la pieza a recubrir en los distintos depósitos. Esta articulación realiza un movimiento lineal en el eje vertical, situando con precisión la pieza a la altura requerida. Un descodificador óptico acoplado al eje del motor DC sirve para controlar la posición y velocidad de la articulación vertical. DC electric motor (7), facilitates the immersion of the piece to be coated in the different tanks. This joint performs a linear movement on the vertical axis, precisely placing the piece at the required height. An optical decoder coupled to the DC motor shaft serves to control the position and speed of the vertical joint.

En las figuras 4-6 se explican en detalle los aspectos mecánicos de un posible ejemplo de ejecución. En el robot articulado representado esquemáticamente en la vista alzado (figura 4), sobre un zócalo de soporte (1) se asientan ambas articulaciones ( 1 O) y ( 3) . Por medio de la articulación (10) es posible una rotación en el eje-z. Mediante la articulación (03) es posible el desplazamiento a lo largo del eje-z2. Los depósitos (5) que contienen las disoluciones aniónica, catiónica y el agua ultrapura para el lavado se sitúan sobre la base (2) que rota gracias a la articulación (10). El origen se establece gracias al sensor de tipo inductivo (6) La pieza a depositar (4) realiza un movimiento lineal en el eje-z2 mediante la articulación (3). El motor eléctrico (7) acciona el eje de movimiento lineal (9) que a su vez desplaza la barra (8). En la barra Figures 4-6 explain in detail the mechanical aspects of a possible example of execution. In the articulated robot schematically represented in the elevation view (figure 4), on both a support base (1) both joints (1 O) and (3) are seated. By means of the joint (10) a rotation in the z-axis is possible. By means of articulation (03) it is possible to move along the z-axis. The tanks (5) containing the anionic, cationic solutions and the ultrapure water for washing are placed on the base (2) that rotates thanks to the joint (10). The origin is established thanks to the inductive type sensor (6) The piece to be deposited (4) makes a linear movement in the z-axis through the articulation (3). The electric motor (7) drives the linear motion axis (9) which in turn displaces the bar (8). In the bar

(8) se pueden fijar las pinzas que sujetan la pieza (4). El brazo ( 8) accionado por la articulación (3) permite alcanzar una velocidad de desplazamiento en el eje-z2 de la pieza ( 4) que es lo suficientemente alta como para que el proceso de lavado se lleve a cabo de forma eficiente, es decir, retirando las moléculas débilmente unidas a la pieza durante la inmersión en las soluciones aniónica y catiónica. (8) the clamps that hold the piece (4) can be fixed. The arm (8) actuated by the joint (3) allows to reach a travel speed in the z-axis of the piece (4) that is high enough so that the washing process is carried out efficiently, is that is, removing the molecules loosely bound to the piece during immersion in the anionic and cationic solutions.

El sistema de control incrementará el número de bicapas si la velocidad de crecimiento es baja y viceversa. El
The control system will increase the number of bilayers if the growth rate is low and vice versa. He

resultado final es una mayor uniformidad de las propiedades de los elementos fabricados, al poder reajustar el número de bicapas en función de la propia evolución del proceso de construcción de forma automática. Además, el proceso de fabricación de la película no se ve interferido por el método de monitorización, ya que el método se basa en una técnica de interferometría de fibra óptica. final result is a greater uniformity of the properties of the manufactured elements, being able to readjust the number of bilayers depending on the evolution of the construction process automatically. In addition, the film manufacturing process is not interfered with by the monitoring method, since the method is based on a fiber optic interferometry technique.

La fibra óptica (figura 2b) está formada por una cubierta The optical fiber (figure 2b) is formed by a cover

(15) y un núcleo (14) y tiene unos 125 micrómetros de diámetro. Alternativamente se pueden usar fibras de 2O O o 400 micrómetros. La fibra (11) se deposita junto a la muestra alineada de tal modo que el plano de corte de la fibra sea paralelo a la superficie de la muestra. Debido al pequeño tamaño de la fibra, ésta no influye en las características de la deposición. Con esto se fija una capa de material sensible (12) sobre la punta de la fibra de control que crece de forma simultánea al crecimiento sobre la muestra creando una cavidad interferométrica Fabry-Perot dentro de la escala de la longitud de onda de la luz empleada para la excitación, debido al cambio de índice de refracción. En esta cavidad interferométrica los espejos parciales son los producidos por la diferencia de índices de refracción entre el material depositado, la sílice de la fibra óptica (15) y el medio externo (13) . En la interfase entre la fibra y la nanopelícula se forma el primer espejo y en la interfase entre la nanopelícula y el medio externo el segundo espejo. (15) and a core (14) and is about 125 micrometers in diameter. Alternatively, 2OO or 400 micrometer fibers can be used. The fiber (11) is deposited next to the aligned sample so that the fiber cutting plane is parallel to the surface of the sample. Due to the small size of the fiber, it does not influence the characteristics of the deposition. With this, a layer of sensitive material (12) is fixed on the tip of the control fiber that grows simultaneously with the growth on the sample creating a Fabry-Perot interferometric cavity within the wavelength scale of the light used for excitation, due to the change in refractive index. In this interferometric cavity the partial mirrors are those produced by the difference in refractive indices between the deposited material, the fiber optic silica (15) and the external medium (13). In the interface between the fiber and the nano-film the first mirror is formed and in the interface between the nano-film and the external medium the second mirror.

Como la reflectividad de estos espejos es baja el interferómetro es del tipo "low finesse Fabry-Perot".
As the reflectivity of these mirrors is low, the interferometer is of the "low finesse Fabry-Perot" type.

El He: desplazamiento de fase de ida y vuelta en el displacement from phase from Going Y return in he

interferómetro interferometer: (round-trip phase shift) viene dado por la (round-trip phase shift) comes dice by the

expresión: expression:: rjJ= 4·.1Z"·n ·d B B A, rjJ = 4 · .1Z "· n · d B B A,

donde A es la longitud de onda en espacio libre, nB es el índice de refracción de la película externa y dB es el espesor de la nanocapa. where A is the wavelength in free space, nB is the index of refraction of the outer film and dB is the thickness of the nanolayer.

Como la principal contribución al fenómeno en este caso concreto es debida a la primera reflexión (la reflectividad es aprox. un 4%), se puede calcular de forma muy aproximada el espesor necesario para que potencia óptica reflejada As the main contribution to the phenomenon in this particular case is due to the first reflection (the reflectivity is approx. 4%), the thickness necessary for the reflected optical power can be calculated very roughly

oscile un periodo completo ( rjJ =2 · .1Z"), d =-A,oscillate a full period (rjJ = 2 · .1Z "), d = -A,

B 2

B B

Hay que destacar, que es posible el empleo de fuentes de luz de bajo coste para la excitación del sensor. Aunque un LED tiene una baja longitud de coherencia (típicamente menos de 30 11m), como la longitud de la cavidad es mucho menor que la longitud de coherencia, es suficiente para monitorizar el fenómeno interferométrico. Al prescindir de la necesidad de un láser se abaratan de forma importante los costes. It should be noted that the use of low-cost light sources for sensor excitation is possible. Although an LED has a low coherence length (typically less than 30 11m), as the length of the cavity is much less than the coherence length, it is sufficient to monitor the interferometric phenomenon. By dispensing with the need for a laser, costs are significantly reduced.

En la figura 7 se muestra el montaje de fibra óptica empleado para la detección del espesor. El fotodetector genera una señal eléctrica proporcional a la potencia óptica reflejada por el extremo de la fibra óptica. En el ejemplo de ejecución se ha empleado fibra SMF (Single-Mode Fiber) estándar, una fuente tipo LED a 1310 nm y un acoplador de fibra óptica monomodo con un coeficiente de acoplamiento del 50%, aunque también es factible el empleo de fibras multimodo y LEDs o láseres a otras longitudes de onda, en función de la respuesta espectral de la muestra a
Figure 7 shows the fiber optic assembly used for thickness detection. The photodetector generates an electrical signal proportional to the optical power reflected by the end of the optical fiber. In the example of execution, standard SMF (Single-Mode Fiber) fiber, a 1310 nm LED source and a single mode fiber optic coupler with a 50% coupling coefficient have been used, although the use of multimode fibers is also feasible and LEDs or lasers at other wavelengths, depending on the spectral response of the sample a

Mediante la utilización de una tarjeta basada en microprocesador se controla tanto el movimiento del motor paso a paso como el de corriente continua. El microcontrolador se comunica con un ordenador personal By using a microprocessor-based card, both the movement of the stepper motor and that of direct current are controlled. The microcontroller communicates with a personal computer

(mediante USB en un ejemplo de ejecución) a través del cual el usuario programa la deposición. (via USB in an execution example) through which the user schedules the deposition.

Por otro lado, el microcontrolador se encarga de capturar la señal eléctrica proporcionada por el fotodetector, previamente amplificada. El mismo programa que controla los accionamientos, determina los instantes en que se debe muestrear la señal proveniente del sensor óptico. La medición se realiza preferentemente en el estado del proceso ESA correspondiente a una posición fuera de las disoluciones o de los tanques de lavado y transcurrido el tiempo suficiente para el secado de la muestra ya que de esta manera el resultacto es más exacto, aunque también es posible la medición durante la inmersión en una de las disoluciones o en agua de lavado. La señal procedente del sensor óptico tiene una evolución típicamente senoidal con el espesor, como se muestra en el resultado experimental de la figura 8. El número de oscilaciones de esta onda es directamente proporcional al espesor de la película depositada sobre la muestra, ya que el espesor On the other hand, the microcontroller is responsible for capturing the electrical signal provided by the photodetector, previously amplified. The same program that controls the drives determines the moments in which the signal from the optical sensor must be sampled. The measurement is preferably carried out in the state of the ESA process corresponding to a position outside the solutions or the washing tanks and after sufficient time for drying the sample has elapsed since in this way the result is more accurate, although it is also Measurement possible during immersion in one of the solutions or in wash water. The signal from the optical sensor has a typically sinusoidal evolution with the thickness, as shown in the experimental result of Figure 8. The number of oscillations of this wave is directly proportional to the thickness of the film deposited on the sample, since the thickness

correspondiente a cada oscilación es y tanto la corresponding to each swing is and both the

longitud de onda de excitación como el índice de refracción del material permanecen constantes. En la figura 8 se puede observar como la velocidad de crecimiento respecto al número de bicapas no es constante a lo largo de una misma deposición: la separación entre dos picos sucesivos son
Excitation wavelength as the index of refraction of the material remains constant. In Figure 8 it can be seen how the growth rate with respect to the number of bilayers is not constant along the same deposition: the separation between two successive peaks are

12.5 bicapas inicialmente, mientras que conforme avanza la 12.5 bilayers initially, while as the

deposición deposition: se van reduciendo a 11 y 1 O bicapas, lo que be go reducing to eleven Y 1 o bilayers, the that

significa it means: que la velocidad de crecimiento va aumentando. that the speed from increase goes increasing.

Una A: rutina se encarga de procesar los datos obtenidos por routine be commission from process the data obtained by

el he: sistema de adquisición (mediante convertidores system from acquisition (through converters

analógicos digitales) para conocer el punto de la curva de construcción en el que se encuentra la película. digital analog) to know the point of the construction curve where the film is located.

Para ello, el sistema detecta los máximos y mínimos relativos de la curva de construcción. El número de bicapas entre el último par de máximo y mínimo consecutivos se toma como estimación de la velocidad de crecimiento. Con esa información se puede decidir el instante en que debe detener la deposición, en función del número de oscilaciones detectadas. Si el número de semiperiodos de oscilación no es entero y la velocidad de crecimiento actual es diferente de la programada, se recalculan las bicapas necesarias para finalizar la deposición mediante interpolación. For this, the system detects the relative maximums and minimums of the construction curve. The number of bilayers between the last pair of consecutive maximum and minimum is taken as an estimate of the growth rate. With this information, you can decide the time at which you must stop the deposition, depending on the number of oscillations detected. If the number of half-periods of oscillation is not integer and the current growth rate is different from the programmed one, the bilayers necessary to end the deposition by interpolation are recalculated.

También es posible estimar no sólo el espesor de la película, sino también su índice de refracción a la longitud de onda de la excitación mediante el ajuste a la It is also possible to estimate not only the thickness of the film, but also its refractive index at the excitation wavelength by adjusting to the

4·.1Z"·n ·d 4 · .1Z "· n · d

curva dada por la ecuación ~= B B de manera iterativa ycurve given by the equation ~ = B B iteratively and

A, minimizando el error cuadrático medio; sin embargo, para alcanzar el propósito buscado de obtener una producción uniforme, es suficiente con conseguir una repetición en el patrón seguido a lo largo del proceso de construcción, lo que reduce el costo computacional y permite el empleo de microprocesadores de menor potencia de cálculo.
A, minimizing the mean square error; However, to achieve the intended purpose of obtaining a uniform production, it is sufficient to achieve a repetition in the pattern followed throughout the construction process, which reduces the computational cost and allows the use of microprocessors of lower computing power.

Claims

l. Device for the deposition of nanostructured films on parts by means of the automatic layer-to-layer electrostatic self-assembly method comprising:

a) an electromechanical system (A) with at least two independent joints, one of linear displacement that displaces the piece and another of rotation that displaces some tanks that contain the solutions and the water to be used in the self-assembling method, and at least one sensor capable of establishing the position of the piece with respect to the deposits

b) a system of data acquisition, processing and

electromechanical system control (C) based on a

microcontroller

characterized in that it also comprises a system for monitoring the thickness of the film deposited in real time based on optical fiber (B).

2. 2.: Dispositivo de deposición de películas nanométricas según la reivindicación 1 caracterizado porque el sistema de seguimiento (B) comprende un latiguillo de fibra óptica (11) con un extremo plano colocado en un plano paralelo al de la muestra y una fuente de luz, adaptados para actuar como un interferómetro Fabry-Perot cuando la película se deposita sobre la fibra y la pieza. Device for the deposition of nanometric films according to claim 1, characterized in that the tracking system (B) comprises a fiber optic hose (11) with a flat end placed in a plane parallel to that of the sample and a light source, adapted to act as a Fabry-Perot interferometer when the film is deposited on the fiber and the piece.

3. 3.: Dispositivo según la reivindicación 2 caracterizado porque la fuente de luz es un LED. Device according to claim 2 characterized in that the light source is an LED.

4.-Dispositivo según la reivindicación porque la fuente de luz es un láser. 4. Device according to claim because the light source is a laser.: 2 caracterizado 2 characterized

5 5: 5.Dispositivo según cualquiera de las 2-3 caracterizado porque el diámetro de 125, 200 o 400 micrómetros de diámetro. reivindicaciones la fibra es de 5. Device according to any of 2-3 characterized in that the diameter of 125, 200 or 400 micrometers in diameter. claims the fiber is from