CAMPO DE APLICACIÓN

La presente invención se relaciona con un proceso de obtención de nanoparticulas (NPs) de cobre, específicamente con un tamaño entre los 10 nm a los 200 nm.

Específicamente, se describe un método secuencial para la construcción de NPs de cobre metálico y su posterior decoración o revestimiento con nanoparticulas más pequeñas del metal secundario.

ESTADO DEL ARTE PREVIO

La solicitud CL201503794, de fecha 30.12.2015, de Lozano y otros, titulada "Método de obtención de nanoparticulas de cobre y uso de dichas partículas", describe nanoparticulas de cobre y método de obtención de ellas que comprende las siguientes etapas: disolver en un recipiente al menos una sal, Oxido a hidróxido de cobre en agua destilada; disolver en un recipiente al menos un estabilizante en agua destilada; mezclar las dos soluciones y en un reactor; adicionar un acomplejante primario; adicionar un álcali; adicionar un antiespumante; adicionar al menos un reductor, detener la reacción enfriando a una temperatura de reacción de entre 0°C a 25°C manteniendo la agitación; adicionar al menos un antioxidante; adicionar al menos un acomplejante secundario; madurar y lavar la mezcla.

La solicitud US2012037041 , de fecha 16.02.2012, de Nolte Ulrich y otros, titulada“Método para producir nanoparticulas metálicas”; describe un método para producir nanoparticulas metálicas, en el que los iones metálicos se reducen por medio de al menos un agente reductor en presencia de al menos un estabilizador polimérico y se convierten en nanoparticulas metálicas. La invención se refiere además a nanoparticulas metálicas obtenidas de esta manera y al uso de las mismas.

El uso de nanoparticulas de cobre en la impresión de colectores y circuitos eléctricos en dispositivos fotovoltaicos y electrónicos sobre silicio mono- o policristalino es inconveniente debido a su difusión en el silicio. Las tecnologías existentes para celdas solares base silicio utilizan plata, pero nunca cobre debido a que su penetración en sustrato reduce severamente la eficiencia del dispositivo. Para las interconexiones eléctricas en microprocesadores se usan otros metales, principalmente aluminio, a pesar de su menor conductividad eléctrica. Dado el

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HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) relativamente alto costo de la plata, el reemplazo de plata por cobre es económicamente interesante, especialmente si ello, permite, además, utilizar tecnologías de impresión por inyección de tinta.

El estado de la técnica no propone un método de reducir la difusión de cobre en silicio mediante el uso de un metal secundario que origine nanopartículas bimetálicas químicamente estables capaces de bloquear el camino del cobre evitando o retardando su difusión, mediante un método secuencial.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Un objetivo de la invención es un método secuencial para la construcción de nanopartículas (NPs) de cobre metálico decoradas, con un revestimiento de nanopartículas más pequeñas del metal secundario, que comprende: Dispersar en un recipiente herméticamente cerrado y libre de oxígeno la cantidad de nanopartículas de cobre en el medio liquido de trabajo, agua, solvente orgánico, o mezcla de solventes, polar o apolar, necesaria para alcanzar una concentración en cobre en el rango 0,00001 mg/mL - 1000 mg/mL, siendo lo óptimo 6 mg/mL; Disolver en un segundo recipiente al menos un agente estabilizante en un solvente apropiado hasta lograr una concentración molar de 0,5 a 20 M; Mezclar las dos soluciones preparadas en las etapas anteriores en un reactor en atmosfera libre de oxígeno, con agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm por un tiempo de homogenización entre 1 min y 24 horas; Adicionar a la mezcla de reacción de la etapa anterior un acomplejante primario en una concentración molar 5 a 12 M con agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm por un tiempo entre 1 min y 24 horas; Adicionar un regulador de pH a la mezcla de reacción de la etapa anterior hasta ajustar la mezcla a un pH que aumente la solvatación el metal secundario y éste se encuentre en solución; Adicionar antiespumante a la mezcla de reacción de la etapa anterior en una concentración no mayor de 1% del total de la mezcla y calentar la mezcla de reacción entre 10 y 120°C con agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm por un tiempo de homogenización entre 1 min y 24 horas; Adicionar al menos una fuente de iones del metal secundario reductible en agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm a la mezcla de reacción de la etapa anterior que se encuentra en una concentración molar 0,5 a 3 M y mantener agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm de la mezcla de reacción por un tiempo entre 1 min y 24 horas; Establecer la temperatura de la mezcla de reacción entre -10°C a 120°C, dependiendo del metal, de los aditivos y del medio líquido de reacción; Adicionar en agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm al menos un reductor a la mezcla de reacción de la etapa anterior que se encuentra en una concentración molar entre 0,5 y 3 M y mantener agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm de la mezcla de reacción por un tiempo entre 1 min y 24 horas; Detener la reacción de la etapa anterior enfriando a una temperatura entre 0°C-25°C manteniendo la agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm; Adicionar al menos un acomplejante secundario pre-disuelto en el medio liquido de reacción en una concentración molar entre 0,1 y 1 ,5 M a la mezcla de reacción de la etapa anterior; Adicionar al menos un antioxidante pre-disuelto en medio liquido de reacción con una concentración molar entre 0,5 y 3 M en la mezcla de reacción de la etapa anterior; Madurar la mezcla de la etapa L por un tiempo de 1 min a 15 días, a una temperatura de 10°C a 70°C con y/o sin agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm; y Lavar las nanopartículas por centrifugación y/o diálisis con al menos un solvente seleccionado de entre agua, preferiblemente desionizada, solventes monopróticos como metanol, etanol, isopropanol, acetona, solventes apolares de bajo punto de ebullición o una mezcla de estos, pero no limitándose a estos. Ademas, las Nanopartículas (NPs) de cobre metálico y su uso, para el revestimiento con nanopartículas más pequeñas del metal secundario, se obtienen con el método secuencial ya descrito.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 describe el método de la invención.

La figura 2 describe nanopartículas de cobre entre los 10 nm a los 200 nm recubierta con nanopartículas del metal secundario entre 0.5-20 nm.

Las figuras 3 a 5 describen composición de las nanopartículas mediante mapas de distribución atómica de los elementos presentes en algunas zonas de las nanopartículas decoradas.

Las figuras 6 a 8 describen suspensiones estables a la oxidación prematura, así como a la aglomeración, adecuadas para procesos de impresión, de acuerdo con el método de la invención.

Las figuras 9 y 10 describen la resistividad superficial de las nanopartículas obtenidas con el método de la invención.

La figura 11 describe el grado de difusión del cobre desde las nanopartículas compuestas obtenidas con el método de la invención.

La figura 12 describe el mejor comportamiento de uno de los metales secundarios seleccionados, mediante el método de la invención. DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA

Se propone un método de reducir la difusión de cobre en silicio mediante el uso de un metal secundario que origine nanopartículas decoradas químicamente estables capaces de bloquear el camino del cobre evitando o retardando su difusión.

El método se basa en la fabricación de nanopartículas de cobre decoradas con un metal de un grupo de metales específico que al ser aplicados sobre silicio y gracias a la sinterización de las CuNps, se crea in- situ una barrera difusional.

En las celdas solares se usa plata para los colectores y, en el caso de microprocesadores, se prefiere usar aluminio para los interconectores. Para lo cual se requiere crear una barrera difusional (~10nm) de otro material. Esta puede ser barrera de sacrificio o barrera de relleno, depositada o autoformada. Los materiales utilizados hasta el momento incluyen nitruros (TiNX, SiCN, SiNX, TaNX, WNX, HfNX), carburos (SiCO, SiC), elementos puros (Ta, Ru, Co, W, Ni) y aleaciones (RuW, TaSiN/Ti, CuMn, CuTi, CuZr, CuAl). Por lo general se usan técnicas físicas de depósito para crear la barrera difusional (PVD, CVD, PECVD, LPCVD, HFCVD, ALD, PEALD y pulverización catódica).

El método secuencial es la construcción de nanopartículas de cobre metálico y su posterior decoración o revestimiento con nanopartículas más pequeñas del metal secundario.

En general, en el método se involucran varias etapas: (0) Síntesis o adquisición de CuNPs; (1) Dispersión de las CuNPs en un medio liquido de reacción, (2) Disolución y mezcla de la fuente de iones del metal secundario; (3) Disolución y mezcla del estabilizante. (3) La adición de agente acomplejante de los iones metálicos;

(3) Ajuste de las condiciones de síntesis (e.g. pH tiempo y temperatura de reacción);

(4) Reducción de metal secundario; (5) Crecimiento y maduración de las nanopartículas decoradas (6) la Protección de las nanopartículas metálicas ante la oxidación prematura y (7) Limpieza del producto mediante métodos convencionales (centrifugación, diálisis, etc.). El esquema general del método se ilustra en la figura 1.

Descripción detallada del Método Secuencial:

Etapa A: Dispersar en un recipiente herméticamente cerrado y libre de oxígeno la cantidad de nanopartículas de cobre en el medio liquido de trabajo, agua, solvente orgánico, o mezcla de solventes, polar o apolar, necesaria para alcanzar una concentración en cobre en el rango 0,00001 mg/mL - 1000 mg/mL, siendo lo óptimo 6 mg/mL.

Etapa B: Disolver en un segundo recipiente al menos un agente estabilizante en un solvente apropiado hasta lograr una concentración molar de 0,5 a 20 M, donde el estabilizante que debe ser soluble y/o dispersable en el medio liquido de trabajo, puede ser seleccionado entre moléculas anfifilicas, surfactantes o polímeros. Moléculas anfifilicas que contengan grupos carboxíl, carbonil, amino, amido, amonium, tiol, hidroxil, cetónico, ester, éter, nitro, sulfonil, fosfatos, boratos, haluros o mezcla de ellos, con grupos apolares como alifáticos, aromáticos o mezcla de ellos. Polímeros como poli(vinilpirrolidona) (PVP), polivinil alcohol, policarbonatos, polifenoles, polietilenglicol y polioles como etilenglicol, dietilenglicol, tri-etilenglicol, propilenglicoles, alquildioles como butanodioles, dipropilenglicol y polietilenglicoles, quitosano y sus derivados, poliácidos y derivados de estos, mercaptoalcanoatos, y ácidos oxibenzoicos; aquí, los poliácidos incluyendo uno cualquiera o más de los seleccionados de un grupo de ácido poli(acrílico), acido poli(maleico), poli(metil metacrilato), poli(ácido acrílico-co-ácido metacrílico), poli(ácido maleico-co-ácido acrílico), y poli(acrilamida-co-ácido coacrílico); acetatos de celulosa, polivinilacetatos, polisulfona, polifenilsulfonas, polietersulfonas, policetonas, polietercetonas, poliésteres, poliacetatos, polímeros y copolímeros de dos o más de estos; y los derivados incluyendo entre otros uno cualquiera o más de los seleccionados de un grupo de sales de amonio, sodio o potasio de los poliácidos, polímeros inorgánicos tipo fosfacenos y donde una molécula modificante es seleccionada del grupo de moléculas alifáticas y/o aromáticas, con 2 o más átomos de carbono, que puede incluir átomos de oxígeno, nitrógeno, azufre, fosforo o varios de ellos, con uno o más grupos funcionales, que además pueden ser complejos organometálicos, clústeres o mezcla de átomos, grupos funcionales homo- y heteronucleares, y moléculas con propiedades químicas y física definidas, sin limitarse a estos.

Etapa C: Mezclar las dos soluciones preparadas en las etapas A y B en un reactor en atmosfera libre de oxígeno, con agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm por un tiempo de homogenización entre 1 min y 24 horas.

Etapa D: Adicionar a la mezcla de reacción de la etapa C un acomplejante primario en una concentración molar 5 a 12 M con agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm por un tiempo entre 1 min y 24 horas, donde el acomplejante primario es seleccionado entre moléculas quelantes mono-, bi- y/o tridentados; con dadores, aceptores o ambos; inorgánicos como amoniaco (NH ₃ ) e hidróxido de amonio, orgánicos, o anfóteros; como aquellos con grupos carboxílicos, tioles, hidroxilo, cetónicos, nitro, sinfónicos, y/o haluros como ácidos carboxílicos; aminas primarias y secundarias: isopropilamina, butilamina, pentilamina, hexilamina heptilamina, octilamina, nonilamina, decilamina, undecilamina, dodecilamina, tridecilamina, tetradecilamina, pentadecilamina, hexadecilamina, heptadecílamina, octadecilamina, dietilamina, dipropilamina, dibutílamina, dipentilamina, dihexilamina, diheptilamina, dioctilamina, además, terbutilamina, anilina, o cualquier bases de Schiff, pero no limitándose a estos.

Etapa E: Adicionar un regulador de pH a la mezcla de reacción de la etapa C, hasta ajustar la mezcla a un pH que aumente la solvatación del metal secundario y éste se encuentre en solución; donde el regulador puede ser álcalis, ácidos o soluciones tampón o buffer de pH, débiles o fuertes, o mezclas de ellos. En caso de álcalis se selecciona entre hidróxido de sodio (NaOH), hidróxido de potasio (KOH), hidróxido de litio (LiOH), hidróxido de magnesio (Mg(OH) ₂ ), hidróxido de bario (Ba(OH) ₂ ), hidróxido de calcio (Ca(OH) ₂ ) incluyendo bases de Arrhenius. En caso de ácidos pueden ser monopróticos o dipróticos, orgánicos o inorgánicos, pero no limitándose a estos.

Etapa F: Adicionar antiespumante a la mezcla de reacción de la etapa D en una concentración no mayor de 1 % del total de la mezcla y calentar la mezcla de reacción entre 10 y 120°C con agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm por un tiempo de homogenización entre 1 min y 24 horas; donde el antiespumante se selecciona de alcoholes de alto peso molar como hexanol, 1-heptanol, 1 -octanol, 1-nonanol, 1-decanol, 1-undecanol, 1-dodecanol, 1-tridecanol, 1-tetradecanol, 1- pentadecanol, 1- hexadecanol, 1-heptadecanol, 1-octadecanol y cualquiera de estos con ramificaciones en su cadena principal. Además, se seleccionan de alcoholes aromáticos, y cualquier antiespumante para sistemas de base acuosa como antiespumantes a base de polisiloxanos, a base de aceite mineral, a base de aceite vegetal, y a base de polímeros, pero no limitándose a estos.

Etapa G: Adicionar al menos una fuente de iones del metal secundario reductible en agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm a la mezcla de reacción de la etapa E que se encuentra en una concentración molar 0,5 a 3 M y mantener agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm de la mezcla de reacción por un tiempo entre 1 min y 24 horas; donde el metal secundario se selecciona de al menos un elemento metálico de los grupos del III A al V A y del I B al VIII B de la tabla periódica de elementos. El metal secundario puede ser seleccionado del grupo: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Hg, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, Ir, Ru, Ta, Os, Sn, Sb, Ge, Ga, Se, Te, Cd, Si, Bi, In, Al, Re y/o Mo y mezclas, aleaciones y co-cristales de al menos uno de estos elementos. La fuente de iones del metal secundario se selecciona de las sales de metales, óxidos de metales, hidrácidos, hidróxidos, o sales binarias y especies Organometálicos, compuestos iónicos o covalentes, compuestos de coordinación, compósitos híbridos y/o electrodos metálicos. Es posible el uso de todas las fuentes de iones metálicos que son compatibles en el contexto de este proceso y particularmente que sean solubles o dispersable en el medio liquido de reacción.

Etapa H: Establecer la temperatura de la mezcla de reacción de la etapa E entre -10°C a 120°C, dependiendo del metal, de los aditivos y del medio líquido de reacción.

Etapa I: Adicionar en agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm al menos un reductor a la mezcla de reacción de la etapa H que se encuentra en una concentración molar entre 0,5 y 3 M y mantener agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm de la mezcla de reacción por un tiempo entre 1 min y 24 horas; donde el reductor se selecciona de entre monohidrato de hidracina y derivados, hidroxilamina y sus derivados, alcoholes monohídricos como metanol, etanol, aldehido como formaldehido, formiato de amonio, acetaldehído y propanoaldehido o sales de estos, hipofosfitos, sulfitos, tetrahídroboratos, tetraalumínohídruro de litio (LiAIH ₄ ), borohidruro de sodio, polihidroxibenceno como hidroquinona y sus derivados, fenilendiaminas y sus derivados, aminofenoles y sus derivados, ácidos carboxílicos y sus derivados como ácido ascórbico, ácido cítrico, pero no limitándose a estos.

Etapa J: Detener la reacción de la etapa I enfriando a una temperatura entre 0°C-25°C manteniendo la agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm.

Etapa K: Adicionar al menos un acomplejante secundario pre-disuelto en el medio liquido de reacción en una concentración molar entre 0,1 y 1 ,5 M a la mezcla de reacción de la etapa I, donde el acomplejante secundario es seleccionado entre moléculas quelantes mono-, bi- y/o tridentados; con dadores, aceptores o ambos; inorgánicos, orgánicos, o anfóteros; como aquellos con grupos carboxílicos, aminos, tioles, hidroxilo, cetónicos, nitro, sulfonicos, y/o haluros como ácidos carboxílicos y sus derivados, ácidos dicarboxílicos, ácidos carboxílicos insaturados, amoniaco (NH.), hidróxido de amonio, aminas primarias y secundarias. De los ácidos carboxílico y sus derivados se selecciona del grupo ácido ascórbico, ácido cítrico, ácidos carboxílicos alifáticos y aromáticos, como ácido benzoico, ácido fenilacético, pero no limitándose a estos. Además de los siguientes ácidos dicarboxílicos: ácido etanodioico, ácido propanodioico, ácido butanodioico, ácido pentanodioico, ácido hexanodioico, ácido heptanodioico, ácido octanodioico, ácido nonadioico, ácido decadioico, ácido butenodioico, ácido itálico, ácido 2,4-difenilciclobutan-1 ,3- dicarboxílico, ácido 3,4- d¡fenilciclobutan-1 ,2-dicarboxílico, pero no limitándose a estos. Así también el acomplejante secundario se puede seleccionar de ácidos carboxílicos insaturados: acrílico, crotónico, isocrotónico, sórbico, palmitoleico, sapiénico, oleico, eláidico, vaccénico, linoleico, linoeláidico, ácido cítrico, ácido tartárico, ácido cinámico, sin limitar a estos. Asimismo, las aminas primarias y secundarias se seleccionan de: isopropilamina, butilamina, pentilamina, hexilamina, heptilamina, octilamina, pero no limitándose a estos.

Etapa L: Adicionar al menos un antioxidante pre-disuelto en medio liquido de reacción con una concentración molar entre 0,5 y 3 M en la mezcla de reacción de la etapa J; donde el antloxldante sea seleccionado entre ácidos carboxílicos y sus derivados como ácido ascórbico, ácido cítrico, monohidrato de hidracina y derivados, hidroxilamina y sus derivados, alcoholes monohídricos como metanol, etanol, aldehidos como formaldehido, formato de amonio, acetaldehído y propanoaldehido o sales de estos, hipofosfitos y agentes antioxidantes similares.

Etapa M: Madurar la mezcla de la etapa L por un tiempo de 1 min a 15 días, a una temperatura entre 10°C y 70°C con o sin agitación en el rango de 5 a 10.000 rpm.

Etapa N: Lavar las nanopartículas por centrifugación y/o diálisis con al menos un solvente seleccionado de entre agua, preferiblemente desionizada, solventes monopróticos como metanol, etanol, isopropanol, acetona, solventes apolares de bajo punto de ebullición o una mezcla de estos, pero no limitándose a estos.

Con este proceso se obtienen nanopartículas de cobre decoradas de tamaño entre 0,1 nm y 200 nm recubiertas con nanopartículas de igual o menor tamaño del metal secundario entre 0,1 -y 100 nm, como se muestra en la figura 2.

El tamaño de las nanopartículas puede ser regulado al variar la relación molar entre la fuente de cobre, el polímero, la temperatura de reacción, el pH de la solución, el medio líquido de reacción y la concentración y cantidad del metal secundario.

Con las nanopartículas obtenidas por el método descrito, se preparan tintas, en una matriz a base de etilenglicol y agua con otros estabilizantes y compatibilizantes con contenidos de nanopartículas de hasta un 50% p/p en base a la matriz.

Como fuente de nanopartículas de cobre se pueden emplear aquellas nanopartículas en forma de dispersiones en agua o en solventes polares de concentración conocida o en forma de polvo seco.

Como estabilizantes se pueden usar moléculas anfifilicas (surfactantes) o polímeros como el PVP o el quitosano. Como fuente del metal secundario se selecciona de al menos un elemento metálico de los grupos del III A al V A y del I B al VIII B de la tabla periódica de elementos. El metal secundario puede ser seleccionado del grupo: de Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Hg, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, Ir, Ru, Ta, Os, Sn, Sb, Ge, Ga, Se, Te, Cd, Si, Bi, In, Al, Re y/o Mo y mezclas, aleaciones y co-cristales de al menos uno de estos elementos. La fuente de iones del metal secundario se selecciona de las sales de metales, óxidos de metales, hidrácidos, hidróxidos, o sales binarias y especies organometálicas, compuestos iónicos o covalentes, compuestos de coordinación, compósitos híbridos y/o electrodos metálicos, entre otros.

Como reductores se pueden utilizar hidruros de metales alcalinos, hidracina, ácido ascórbico, etc.

Como agentes acomplejante se puede usar el ácido ascórbico, el citrato de sodio y moléculas pequeñas dadoras.

Como agentes antioxidantes, usamos el ácido ascórbico, el citrato de sodio y moléculas pequeñas dadoras.

Como ejemplo específico de este método, se describe a continuación una síntesis para NPs de 10-30nm.

En un recipiente cerrado herméticamente y con en atmósfera de argón se dispersan 0,3000 g de nanopartículas de cobre en agua. Separadamente se disuelve 2,7750 g de PVP (140 kD) con 20 mL de agua destilada. Se mezclan ambos líquidos con agitación magnética bajo agitación continua (1000 rpm) por 30 min. Luego se adicionan 25 mL de una solución de Bi(N0 ₃ ) ₃ 0,1 M. Se adiciona 0,5 mL de 1 -octanol a la mezcla y se deja homogenizar durante 30 minutos con agitación magnética (1000 rpm). Tras ello se inyectan 0,5675 g de NaBH ₄ disueltos en 10 mL de agua. La solución adquiere un color negruzco que vira lentamente a negro rojizo hasta alcanzar un color rojo burdeos oscuro con liberación controlada de espuma en la superficie. La mezcla se madura por 30 minutos. La reacción detiene con mediante la adición de 0,8806 g de ácido ascórbico pre-disuelto en 5 mL de agua destilada y 1 ,4705 g de citrato de sodio pre-disuelto en 5 mL de agua destilada. Se mantiene la agitación magnética por 1 hora a temperatura ambiente. Las nanopartículas se pueden separan y lavar por centrifugación con una solución acuosa de ácido ascórbico al 1 %.

Distribución de componentes en las nanopartículas compuestas.

La distribución metálica de las nanopartículas decoradas depende principalmente del método de síntesis, pero también de la naturaleza del metal. En general el método secuencial origina recubrimiento de las nanopartículas de cobre por aquellas del metal secundario, como se muestra en las figuras 3 a 5.

Tintas de nanopartículas decoradas. La regulación de las condiciones de síntesis de las nanopartículas decoradas, particularmente del tiempo de maduración, permite obtener suspensiones estables a la oxidación prematura, así como a la aglomeración, con concentraciones de metal (entre 5 y 50%) adecuadas para procesos de impresión. Los productos de las preparaciones descritas separados por centrifugación y re-dispersos en agua o solventes adecuados tienen tamaños en el rango 10-70 nm y carga superficial óptimos para Impresión por inyección u otro tipo de deposición, como se muestra en las figuras 6 a 8.

Conductividad eléctrica de nanopartículas bimetálicas

Para los estudios de conductividad eléctrica se utilizan depósitos dip coating sobre vidrio de las tintas a base de las nanopartículas decoradas y, también de NPs de cobre puro como referencia. Las muestras son sinterizadas durante una hora a diferentes temperaturas, en el rango 100°C- 800 °C en horno horizontal con flujo de argón. La conductividad eléctrica se mide por el método de 4 puntas, evaluando la resistividad superficial (W/sq), como se muestra en las figuras 9 y 10.

Penetración de cobre en silicio

Para evaluar el grado de difusión del cobre en silicio se preparan tintas de nanopartículas decoradas (30-40% m/m). El sustrato, silicio, se limpia por el método RCA, eliminado además la capa de Si0 ₂ . La aplicación de la tinta sobre el sustrato limpio se realiza formando una capa delgada de la suspensión mediante la técnica spin coating, i.e. dispersión por rotación a alta velocidad (2000 rpm). El proceso se repite sucesivas veces hasta lograr capas homogéneas y reproducibles. Para las medidas de conductividad se utiliza vidrio en lugar de silicio.

La determinación del grado de difusión del cobre desde las nanopartículas decoradas, se realiza mediante la determinación directa del perfil de la concentración de cobre en el silicio. Se utilizan técnicas analíticas del más alto grado de sensibilidad disponible; esto es, espectroscopia de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS) y microanálisis por rayos-X (EDS).

Los análisis XPS, que se enseñan en la figura 1 1 , muestran que bajo condiciones de estrés térmico (800 °C) el cobre difunde en el silicio, independientemente del metal secundarios (M1-M3) utilizado, difunde hacia el silicio, aunque si en diferentes proporciones. Sin embargo, esa temperatura sobrepasa con creces aquellas usualmente utilizadas en aplicaciones, por ejemplo, las empleadas en el campo de las celdas solares (máximo 300°C). De hecho, experimentos realizados con una rampa de calentamiento más baja evidencian el mejor comportamiento de uno de los metales secundarios seleccionados, como se enseña en la figura 12. Este método muestra además que existe un proceso de segregación previo del metal secundario que lleva a la formación de una barrera que disminuye la difusión de cobre en silicio.