Cristalizacion

Equilibrios de fase y
procesos de
cristalizacion
V.A. Mishournyi, I.C. Hernández del
Castillo, A.Yu. Gorbatchev y
A. Lastras Martínez
Heteroestructuras
Los láseres semiconductores y otros dispositivos optoelectrónicos
tienen una amplia gama de aplicaciones en
los sistemas de comunicación por fibra óptica, la impresión
y el procesamiento de información óptica, los sistemas
de medición adistancia, así como en la excitación de
otros tipos de láseres y fibras ópticas “activas”, espectroscopía,
el control de procesos tecnológicos, medicina
y aplicaciones militares.
Los dispositivos optoelectrónicos se construyen a partir
de heteroestructuras que contienen varias capas de
diferentes materiales semiconductores. Los materiales
semiconductores son cristales en los cuales losátomos
están ordenados en forma periódica, esto es, en redes
atómicas. Las características principales que describen a
los cristales son el tipo y el parámetro de red. Para que
sean aprovechadas al máximo las ventajas que ofrecen
las heteroestructuras, es necesario que el tipo y el
parámetro de red de los materiales que forman las capas
coincidan con los del monocristal que es utilizado encalidad de substrato. En tal caso la heteroestructura se
llama ideal. Por ejemplo, generalmente los láseres
semiconductores se forman a partir de 5 a 8 capas con
espesores que van desde una fracción hasta algunos
micrómetros. La región activa de un láser puede tener un
espesor que no sobrepasa algunas decenas de angstroms.
En algunos otros casos, para construir láseres se utilizanheteroestructuras mucho más complicadas que en
ocasiones llegan a contener cientos de capas diferentes,
Los autores son investigadores del Instituto de Investigación en
Comunicaciones Opticas de la Universidad Autónoma de San Luis
Potosí. Alvaro Obregón 64, 78000 San Luis Potosí, S.L.P. México,
Dirección electrónica: andre@cactus.iico.uaslp.mx
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las cuales, como se señaló líneasarriba, deberán tener
un mismo parámetro de red y tipo de estructura cristalina.
Por lo general, las estructuras láseres de muchas capas
se preparan a base de diferentes soluciones sólidas cuyo
parámetro de red depende de su composición. Por esta
razón, el acoplamiento de este parámetro entre las
diferentes capas de la heteroestructura y el substrato
requiere de un control muy preciso de lacomposición de
las soluciones sólidas empleadas en su fabricación.
Existen diferentes tecnologías de crecimiento de
heteroestructuras semiconductoras. La fenomenología
común en dichas tecnologías es la transición de fase,
esto es, cuando los átomos presentan diferentes procesos
de ordenamiento. En este articulo consideraremos el
concepto de transición de fase.
Transiciones de fase
En lanaturaleza existen cuatro tipos de fases: sólida,
líquida, gaseosa y de plasma. En el crecimiento de cristales
sólo se consideran las tres primeras. En determinadas
condiciones externas algunas de las fases de una substancia
pueden encontrarse en estado de equilibrio. Tomemos
como ejemplo un vaso con agua a una temperatura de
80°C y a la que se le han añadido cristales de sal (NaCl).
Estoscristales poco a poco van a disolverse hasta que se
tenga una solución saturada de sal en agua. El concepto
de solución saturada está relacionado con el llamado
límite de solubilidad. Supongamos para mayor precisión
que el límite de solubilidad de la sal en el agua a la
temperatura de 80°C corresponde a 80 g. Esto significa
que si añadimos 80 g de sal al agua, se van a disolvercompletamente. Si a esta solución se agrega un cristal
más de sal ya no se disolverá, por más pequeño que sea.
Se denomina solución saturada a la que ya alcanzó la
solubilidad límite a una determinada temperatura. De esta
manera, si mantenemos constantes las condiciones
externas las dos fases consideradas, la líquida representada
por la solución de sal en el agua y la sólida
por el cristal de sal...