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Filmes Finos
Filmes Finos
• Camadas com espessura inferior à 10m– 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 Ângulo X Baixo Ângulo
• Difração de incidência rasante– Separação entre o substratro e o filme
depositado– Varredura com a fonte de raio-x fixa e detector
variando– Ângulo de incidência do feixe entre 0,5 e 4,0o
Reflexão de Raio-x
• Comportamento semelhante à luz para ângulos inferiores à 4o
• 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 InP de 20,0 nm 0,5
– MQW de In0,55Ga0,45As com espessura de 4,2 nm e InP 8,0 nm
– Todas as camadas foram ajustadas com rugosidades de 0,32 nm
Estudos de Interdufisão
• Tratamento térmico à 585oC 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, 12a série, t.3, p.33, 1948
• Surface Studies of Solid by Total Reflection of X-Rays – 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, 1o 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.765m 17 de junho de 1969
• Effect of Gradient Energy on Diffusion in Gold-silver 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