Proceso)de)fabricación)

Existen! varios! métodos! de! fabricación! de! guías! ópticas! planas,! agrupándose! básicamente!en!dos!tipos!de!procesos:!físicoZquímicos!y!por!deposición.!La!diferencia! fundamental! entre! ambas! alternativas,! es! que! en! los! procesos! físicoZquímicos! se! realiza!una!modificación!del!índice!de!refracción!directamente!en!el!sustrato,!mientras! que!en!los!procesos!por!deposición,!se!coloca!!una!capa!de!un!material!con!un!índice! de!refracción,!nf,!sobre!un!sustrato!cuyo!índice!de!refracción,!ns,+es!inferior!a!nf.!

En! la! Figura! 27,! se! esquematizan! los! pasos! principales! para! la! fabricación! de! una!guía!óptica!plana!de!polímero.! ! Figura+27.+Esquema+de+la+fabricación+de+una+guía++óptica+plana+polimérica.+a)++Preparación+del+sustrato,+b)+ deposición+del+polímero+sobre+el+vidrio,+c)+curado+del+polímero.+ A!continuación,!vamos!a!estudiar!detalladamente!cada!una!de!las!etapas!para! la!fabricación!de!guías!ópticas!planas!poliméricas.!! 3.2.1.2.1. Preparación+del+sustrato+ Puesto!que!el!sustrato,!que!en!nuestro!caso!será!vidrio,!es!la!base!de!la!que! parte!todo!el!proceso,!su!estado!debe!cuidarse!especialmente!a!la!hora!de!comenzar!la! fabricación.!Por!esto,!se!debe!emplear!un!proceso!de!lavado!a!fin!de!eliminar!todas!las!

partículas! e! impurezas! que! se! hayan! depositado! sobre! la! superficie! del! material.! La! presencia!de!esta!suciedad!provocaría!irregularidades!y!falta!de!adhesión!en!la!capa!de! polímero!que!constituye!el!núcleo!de!la!guía,!lo!cual!acarrearía!problemas!en!las!fases! siguientes!del!procesado.!Aunque!existen!muchos!métodos!de!limpieza!propuestos,!en! los! que! se! usan! sucesivos! baños! en! diferentes! compuestos! químicos,! exposición! a! vapores,!ataques!ácidos,!etc.,!la!complejidad!añadida!no!siempre!produce!una!mejora! de! resultados! en! la! misma! medida.! Además,! la! exposición! a! excesivos! productos! presenta!el!riesgo!de!provocar!diferentes!reacciones!sobre!el!material,!que!resultarían! perjudiciales.!

Por!todo!ello,!se!realizó!la!limpieza!de!los!sustratos!en!la!sala!limpia!construida! en! el! Laboratorio! de! Óptica! Integrada! de! la! Universidad! de! Oviedo.! La! Figura! 28! muestra!los!medios!tecnológicos!de!la!misma.!Para!su!diseño,!se!tuvieron!en!cuenta!las! consideraciones!que!se!mencionan!a!continuación:! • Sellado!de!grietas!para!evitar!aire!contaminado!del!exterior.! • Paredes!y!techos!lisos!y!pintados!con!pintura!que!evite!el!desprendimiento!de! partículas.!! • Disposición!de!una!antesala!previa!a!la!sala!limpia;!es!decir,!un!espacio!cerrado! que!separe!la!sala!limpia!del!resto!del!laboratorio.!!

• Aire! tratado! mediante! filtros! absolutos! de! ultra! alta! eficacia! (HEPA),! lo! que! proporciona!una!adecuada!ventilación!a!la!vez!un!aire!libre!de!partículas.!

• Indumentaria! especial! constituida! con! materiales! especiales! que! no! desprendan!ni!acumulen!polvo!o!partículas.!!

• Iluminación! mediante! lámparas! fluorescentes! en! el! amarillo! para! la! manipulación!de!fotorresinas.!

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Figura+28.+Sala+limpia+del+laboratorio+donde+se+puede+ver+la+estufa+de+secado+(1),+equipo+de+ultrasonidos+(2)+ evaporadora+metálica+(3),+spin4coating+(4)++instalado+dentro+de+la+campana+de+flujo+laminar+(5).+

El! método! de! limpieza! de! sustratos! utilizado! en! nuestro! caso! se! describe! a! continuación:

1. Baño!de!ultrasonidos!en!agua!desionizada!y!jabón!durante!30!minutos! como!prelavado.!

2. Frotado! de! las! muestras! y! aclarado! en! sucesivos! baños! de! agua! desionizada!para!eliminar!las!partículas!que!puedan!estar!adheridas!por! el!empaquetado!de!los!sustratos.!

3. Baño! de! ultrasonidos! en! acetona! durante! 30! minutos! para! eliminar! el! jabón!que!pueda!haber!quedado!en!los!pasos!anteriores,!así!como,!los! componentes!orgánicos.!

4. Baño! de! ultrasonidos! en! piraña! ácida! (H2SO4:H2O2! 3:1)! durante! 30!

minutos! para! quitar! los! componentes! inorgánicos! y! para! mejorar! la! adhesión!de!la!capa!que!se!deposita.! 5. Aclarado!en!agua!desionizada!para!eliminar!los!restos!de!piraña.! 6. Baño!de!ultrasonidos!en!propanol!durante!30!minutos!para!retirar!los! posibles!restos!de!la!piraña!que!pudieran!haber!quedado.! 7. Secado!con!nitrógeno!a!presión.!Esto!deberá!hacerse!rápidamente!para! que!no!queden!marcas!de!las!gotas!del!propanol.!

Es!importante!resaltar!la!necesidad!de!utilizar!agua!desionizada,!pues!los!iones! presentes!en!el!agua!corriente!podrían!reaccionar!con!las!moléculas!de!la!superficie! del!sustrato!formando!una!película!contaminante!difícil!de!eliminar.!!

El!almacenaje!de!los!sustratos!antes!de!su!uso!también!requiere!atención.!Si!los! sustratos! se! almacenan! en! un! ambiente! húmedo! pueden! aparecer! hongos! sobre! su! superficie,! que! serían! difíciles! de! eliminar! en! el! proceso! de! lavado! e! impedirían! la! correcta!adhesión!del!polímero.!Por!esto,!es!recomendable!almacenar!los!sustratos!en! presencia!de!un!deshumidificador,!o!en!un!recipiente!cerrado!con!algún!absorbente!de! la!humedad,!como!el!gel!de!sílice.!

3.2.1.2.2. Spin4coating+

Esta! parte! del! proceso! de! fabricación! de! una! guía! ! ! ! es! el! más! importante! y! quizá!el!más!complicado.!Durante!esta!etapa!se!deposita!el!polímero!sobre!el!sustrato,! y!dependiendo!de!varios!factores!que!se!comentan!a!continuación,!se!obtendrá!una! buena!deposición![49].!Además,!como!se!verá!en!posteriores!capítulos,!el!spin4coating! (recubrimiento! por! centrifugado)! es! una! técnica! que! se! aplica! para! la! deposición! de! diferentes!materiales.!Es!de!gran!importancia!conocer!como!es!el!comportamiento!de! los!fluidos,!al!ser!depositados!mediante!este!método.!

Antes! de! realizar! la! deposición! del! polímero! sobre! el! sustrato,! es! interesante! conocer!el!espesor,!b,!aproximado!que!proporciona!el!fabricante.!La!Figura!29!muestra! el!espesor!del!PMMA!en!función!de!la!velocidad!de!spin4coating.!! ! Figura+29.+Espesor+del+PMMA+en+función+de+la+velocidad+de+spin4coating.+ Colocado!el!sustrato!en!la!máquina!de!spin4coating,!se!realiza!el!vacío!entre!la! muestra!y!el!portamuestras,!y!se!inicia!el!proceso!de!centrifugado!que!consta!de!los! pasos!que!se!resumen!en!la!Figura!30.!

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Figura+30.+Esquema+general+de+las+etapas+de+un+proceso+de+spin4coating.+

A! continuación,! se! hace! una! descripción! más! detallada! de! cada! uno! de! los! pasos!del!proceso:!! 1. Deposición! En!esta!etapa,!se!coloca!una!pequeña!cantidad!de!polímero!sobre!el!sustrato,! de!tal!manera!que!el!líquido!quede!lo!mas!centrado!posible,!para!que!se!produzca!una! deposición!más!uniforme.!En!el!caso!de!que!el!material!depositado!sea!muy!espeso,! podremos!realizar!un!pequeño!giro!(muy!despacio!y!durante!unos!10!segundos)!para! extenderlo!mejor.! 2. Comienzo!del!giro!

Una! vez! depositado! el! polímero! correctamente! sobre! el! sustrato,! se! cierra! la! tapa!del!centrifugador!y!se!programan!los!siguientes!pasos:!la!aceleración,!la!velocidad! y!el!tiempo!de!giro!deseados.!!

Se!pone!en!funcionamiento!el!centrifugador!y!con!la!aceleración!seleccionada! comenzará! a! girar.! Procediendo! de! esta! manera,! y! debido! a! la! fuerza! centrífuga,! se! consigue!eliminar!el!exceso!de!polímero!y!cubrir!toda!la!superficie!del!sustrato.!

! !

3. Se!alcanza!la!velocidad!de!giro! Una!vez!alcanzada!la!velocidad!de!giro!deseada,!se!mantendrá!ésta!durante!un! tiempo!determinado.!En!los!primeros!segundos!de!giro!a!esta!velocidad,!se!consigue! extender!de!manera!uniforme!todo!el!polímero!por!el!sustrato,!quedando!depositada! una!fina!capa.! 4. Evaporación!

Llegará! un! momento! durante! el! giro,! en! el! que! la! capa! de! polímero! ya! esté! totalmente!extendida.!En!este!punto!se!comenzará!a!evaporar!el!exceso!de!disolvente.! Éste!es!un!proceso!complejo!ya!que,!dependiendo!de!la!geometría!del!sustrato,!una! parte!del!polímero!estará!más!en!contacto!con!la!atmósfera!que!el!resto,!con!lo!cual,! éste!proceso!no!se!dará!de!igual!forma!en!toda!la!superficie.!

En! la! Figura! 31! se! muestran! unas! fotografías! de! la! máquina! de! spin4coating! utilizada!(WSZ400AZ6NPP.!Laurell!Technologies!Corporation.!USA).!

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Figura+31.+Proceso+de+spin4coating.+a)+Equipo+de+spin4coating.+b)++Colocación+del+sustrato.+c)+Programación+de+los+ datos+de+centrifugado.+

Debido! a! la! gran! importancia! de! esta! parte! del! proceso! de! fabricación,! se! profundizó!en!el!estudio!de!los!mecanismos!físicos!que!intervienen!en!su!ejecución.!Se! realizó!una!revisión!del!modelado!teórico!y!un!estudio!sobre!las!imperfecciones!más! comunes!en!cada!deposición.!