Implementación de un sistema de pulverización catódica con magnetrones de caras opuestas para el crecimiento de películas delgadas de hidroxiapatita

Resumen

Debido a su gran biocompatibilidad, la hidroxiapatita (HAp) es ampliamente usada como recubrimiento de implantes quirúrgicos, ortopédicos y dentales con el fin de mejorar la biocompatibilidad y osteointegración de los implantes. Sin embargo, dada su complejidad estructural, las técnicas convencionales de recubrimiento no proporcionan buena uniformidad, adhesión al sustrato y control de la estequiometría, por lo que la su pureza estructural resulta ser baja. Una de las técnicas que permite obtener recubrimientos de alta cristalinidad y uniformidad es la pulverización catódica de magnetrones con caras opuestas (magnetron facing target sputtering, MFTS), o también conocida como pulverización catódica de magnetrones en ángulo recto (right angle magnetron sputtering, RAMS). En este artículo se describe las condiciones necesarias para la implementación de dicho sistema con el objetivo de sintetizar películas delgadas de HAp de alta pureza estructural. El arreglo de los blancos, la distribución de las líneas de campo, la determinación de la zona de trabajo, los estados de ionización de los elementos debido al plasma y la relación oxigeno/argón en la cámara fueron estudiados para optimizar la formación de películas delgadas de HAp. Las líneas de campo fueron simuladas computacionalmente para determinar la zona de trabajo, la cual se encontró en un rango de alturas de 32 a 36 mm por encima del eje axial de los magnetrones. Para la generación del plasma se utilizó una potencia de 120 W en una atmósfera de Ar y O₂ con una relación de 5 a 1. Con la caracterización del plasma se observó los estados de ionización de los elementos correspondientes a la HAp, sugiriendo la descomposición completa de la estructura de la Hap. Finalmente, utilizando un blanco de HAp de alta pureza se creció una película de HAp. La película, luego de ser tratada térmicamente, se caracterizó por difracción de rayos X (DRX) y por espectroscopia de energía dispersiva (EDS). Los patrones de difracción muestran la formación de HAp monofásica y con el resultado del análisis composicional por EDS se obtuvo una relación Ca/P de 1.57 ± 0.071 la cual es cercana a la composición estequiométrica. Estos resultados confirman que es viable fabricar películas de HAp de buena calidad estructural empleando un equipo de pulverización catódica de magnetrónes con caras opuestas.