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4 - Deposição de Filmes

por Evaporação Térmica

Ciência e Tecnologia de Filmes Finos – POSMAT/2011

Prof. José Humberto Dias da Silva

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Motivação

� Aplicações

� Evaporação de metais - contatos

elétricos/espelhos

� Multicamadas ópticas / filtros interferométricos

� Deposição de semicondutores e isolantes:

dispositivos:

� Processamento

� Memória

� LEDs / Lasers

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Motivação

� Tecnologias / sistemas utilizados

� Sistemas de MBE – multicamadas eletrônicas

� Deposição por laser pulsado (PLD)

� Deposição por feixe eletrônico (e-beam)

� Deposição de compostos e ligas (flash)

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Motivação

�Sistemas de evaporação

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PLD – deposição por laser pulsado

Wiki - H.Perowne 2006 (UTC)

Breakthrough: 1987 - Dijkkamp / Venkatesan YBa2Cu3O7

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Câmara PLD

www.tkk.fi/Units/AES/projects/prlaser/equipment.htm

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Evaporação por feixe eletrônico

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Sistemas de

evaporação

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MBE – células de efusão

Molecular-beam epitaxy system at LAAS

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Micro Processadores / MQW-LEDs e LASERs:

várias etapas – em ultra-alto-vácuo

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3

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Evaporação Térmica

� 3 etapas

� 1: Transformação de fase

sólido ou líquido => vapor

� 2: Transporte

fonte => substrato

� 3: Condensação e crescimento do filme

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Condição de Equilíbrio (?!)

� Como são a física e a química das transformações de fase?

⇒Começaremos a abordar esse problema quando há equilíbrio de fases. (+ simples)

⇒Depois veremos as condições de não equilíbrio => deposição de filmes

(+ complexa)

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1. Transformação de fase

Questões:

� Copo com água, Tamb.

Evapora ? Por que?

� Forma de gelo – congelador.

O que acontece ?

� Outra substância (Al, Au, Fe, Si....)

16Clausius-Clapeyron, no quadro

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2.TR

L

dT

dp v≅

RTL

o

v

epTp−

= .)(

18

Pressões de

vapor – metais.

Catálogo Balzers

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19 20

Equação de Clausius e Clapeyron

� Todas as substâncias evaporam!

(mesmo em equilíbrio há uma é dinâmica)

� Equilíbrio vs. evaporação efetiva

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Evaporação:

equilíbrio | fora do equilíbrio

rad

iaçã

o c

avid

ad

e

22

Evaporação:

equilíbrio | fora do equilíbrio

rad

iaçã

o c

avid

ad

e

23

Evaporação:

equilíbrio | fora do equilíbrio

rad

iaçã

o c

avid

ad

e

24

Evaporação:

equilíbrio | fora do equilíbrio

rad

iaçã

o c

avid

ad

e

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25

Evaporação – célula de Knudsen

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Célula de Knudsen

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Célula de Knudsen - esquema

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29

2. Transporte: Fonte => Substrato

30

Transporte: Fonte => Substrato

6

24 r

QJJ o

πθ

==

A

JQ v

=

)cos(θθ oJJ =

Frentes de deposição (r fixo)

(Fonte esférica)

(Taxa total de evap de uma fonte de área A, emitindo fluxo Jv)

(Disco, distribuição cossenoidal de fluxo)

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)(cos2θ

θJJ S =

o

oTr

QJJ

π

θθ

)(cos)(cos

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==

Fluxo no substrato

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3. Material => alvo

formação do filme

� Monitoramento da espessura

� Morfologia/estruturação do filme

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Monitoramento da taxa de deposição

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Refletância no filme

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Conclusões

� Equação de Clausius-Clapeyron (pv)

� Equação de Knudsen (Ji(p,M,T))

� Evap. aberta => Jv ~ Jv-eq

� Compostos – ligas (Flash)

� Transporte (disco – cos4θ)

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Adendo:

� Evaporação de compostos

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Evaporação de compostos

• Compostos que mantêm a estequiometria

• Compostos que evaporam fora da

estequiometria

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8

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Evaporação Flash

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Na prática:

(Ex: manual Balzers)

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� Calibração (corrente no primário vs

temperatura) – cadinho BD 482009-T

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Exercícios – Cap.4