Filmes Finos Filmes Finos Camadas com espessura inferior

Filmes Finos

Filmes Finos • Camadas com espessura inferior à 10 m – Monocamada – Multicamadas • Espessuras da ordem de dezenas de ângstrons – Poços Quânticos Múltiplos de semicondutores – Sistemas magnéticos para armazenamento de dados

Filmes Finos • Técnicas de deposição à vácuo – Sputtering – Térmica – Feixe de elétrons – Reatores de CVD • Variação da composição das camadas

Filmes Finos • Pode existir uma correlação entre o subtrato e o filme produzido – – – Epitaxial (Des)Casamento entre as estruturas Tensão normal e lateral Relaxação Formação de defeitos pontuais, discordâncias e interdifusão – Rugosidade interfacial

Óptica para Filmes Finos

Óptica para Filmes Finos • Radiação monocromática • Feixe colimado • Dispersão cromática do feixe

Difração de Alto ngulo X Baixo ngulo • Difração de incidência rasante – Separação entre o substratro e o filme depositado – Varredura com a fonte de raio-x fixa e detector variando – ngulo de incidência do feixe entre 0, 5 e 4, 0 o

Reflexão de Raio-x • Comportamento semelhante à luz para ângulos inferiores à 4 o • Varredura -2 • Lei de Snell • Densidade eletrônica das camadas

Reflexão de Raios-x - Parâmetros • Espessura • Densidade atômica das camadas • Qualidade interfacial – Rugosidade – Interdifusão entre as camadas

Teoria de Reflexão em Multicamadas • Abelés (1948) e Parrat (1954) • Teoria dinâmica – Efeito da absorção – Fenômeno de multiplas reflexões • Desvio da trajetória de uma onda eletromagnética por uma mudança de índice de refração • Equações de Maxwell

Teoria de Reflexão em Multicamadas • Matriz de reflexão com as quatro componentes • Cálculo da intensidade do feixe de saída refletido • Cálculo recursivo a partir do substrato

Reflexão de Raios-x Rugosidade Interfacial • Vidal e Vicent (1984) • Transformação Wronskiana – Interface com rugosidade – Feixes incidente, transmitido e refletido – Reconstitui uma interface perfeita • Teorema de Green em um circuito fechado

Reflexão de Raios-x Espessura • Miceli (1986) • Distância entre os batimentos da interferência construtiva e destrutiva • Precisão de 0, 01 nm para um sistema de multicamadas

Ajuste de Curvas Experimentais • Rx-Optic, Avillez e Brant (1998) • Parâmetros de entrada – Comprimento de onda – Dados experimentais – Dados para o “chute inicial” – Zero, background inicial e final

Estratégia do Ajuste • • Escala e o zero Espessura das camadas Rugosidade interfacial Densidade e composição química das camadas

Estudo de MQW Semicondutores

Resultados do Ajuste • Amostra original – Cap Layer de In. P de 20, 0 nm 0, 5 – MQW de In 0, 55 Ga 0, 45 As com espessura de 4, 2 nm e In. P 8, 0 nm – Todas as camadas foram ajustadas com rugosidades de 0, 32 nm

Estudos de Interdufisão • Tratamento térmico à 585 o. C entre 30 minutos e 4 horas • Coeficiente de interdifusão • Método de Cook-Hilliard (1969)

Referências Bibliográficas • Optical Properties of Thin Solid Films – O. S. Heavens – Dover Publications – 1965 • Sur La Propagation des Ondes Electromagnétiques dans Les Milieux Stratifíes – F. Abelés – Annais de Physique, 12 a série, t. 3, p. 33, 1948 • Surface Studies of Solid by Total Reflection of XRays – L. Parrat – Physical Review, vol. 93, No. 2, 15 de julho de 1954

Referências Bibliográficas • Metallic Multilayers for X-Ray using Classical Thin Film Theory – B. Vidal e P. Vicent – Applied Optics, Vol. 23, No. 11, p. 1794, 1 o de junho de 1984 • X-Ray Refractive Index: A tool to Determine the Average Composition in Multilayer Strucutures – P. F. Micelli, P. Neummann e H. Zabel – Applied Physics Letters, vol. 48, No. 1, p. 24, 6 de janeiro de 1986

Referências Bibliográficas • A Model for Diffusion on Cubic Lattices and its Applications to the Early Stages of Ordering – H. E. Cook, D. de Fontaine e J. E. Hilliard – Acta Metallurgica, Vol. 17, p. 765 m 17 de junho de 1969 • Effect of Gradient Energy on Diffusion in Goldsilver Alloys - H. E. Cook e J. E. Hilliard - Journal of Applied Physics, Vol. 40, No. 5, p. 2191, abril de 1969

Referências Bibliográficas • Caracterização de Filmes Finos Cristalinos e Amorfos por Reflexão de Raios-x – José Brant de Campos - Tese de Doutorado, PUC-Rio – 1998