Caracterização Morfológica de Filmes Finos de TiO2
R. P. Costa*, M. A. G. Silveira e E. F. Chinaglia
Centro Universitário da FEI – Departamento de Física – São Bernardo do Campo
* [email protected]
Resumo
Amostras de filmes finos de TiO2 foram estudadas a fim de se verificar a influência do substrato na formação da estrutura granular dos filmes. Sua morfologia foi analisada por
Microscopia de Força Atômica, revelando que substratos cristalinos tendem a gerar grãos de diâmetro médio maior e também maior rugosidade RMS. Foi notada uma variação
da medida de rugosidade RMS em função da escala de varredura, indicando que esses valores devem ser acompanhados pela escala de medição, e valores obtidos em escalas
distintas não devem ser comparados.
Introdução
Filmes finos de TiO2 vêm sendo utilizados, dentre outras aplicações, como materiais
semicondutores em células solares. Suas propriedades físicas dependem
intrinsecamente da microestrutura, que pode ser estudada pela Microscopia de Força
Atômica. A rugosidade e o tamanho de grão são determinados nos estágios iniciais da
formação do filme, quando ocorre a nucleação dos primeiros grãos. Fica evidente a
importância de se estudar a morfologia dos filmes depositados sobre diferentes
substratos.
Procedimento Experimental
A Microscopia de Força Atômica foi utilizada para analisar a microestrutura de filmes
finos de TiO2 depositados por sputtering reativo sobre carbono amorfo (C), silício
cristalino (Si) e ITO/vidro (Indium Tin Oxide, cristalino). As amostras com mesmo
número de série apresentam os mesmos parâmetros de deposição.
Para cada amostra, a rugosidade RMS foi obtida para imagens de várias escalas de
varredura. Para cada escala, cinco imagens de diferentes regiões da superfície foram
adquiridas, a fim de se calcular um valor médio.
Figura 2 – Rugosidade RMS em função da escala para a amostra 2515/ITO.
Resultados
A série 22XY nos mostra que para substratos cristalinos temos uma rugosidade
semelhante [Tabela 1].
Para as séries 25XY, os filmes depositados sobre C apresentaram tamanho médio de
grão menor e valores baixos de rugosidade RMS (da ordem de 2nm). Já sobre
ITO/vidro, grãos de tamanho médio maior e rugosidade em torno de 20nm [Figura 1].
O gráfico da Figura 2 revela que a rugosidade é diretamente proporcional à escala da
varredura, até que se atinja um ponto de saturação.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Figura 3 – 2515/ITO
(a) 0,25μm; (b) 0,5μm; (c) 1 μm; (d)2μm; (e) 4μm; (f) 10μm
Conclusões
(a)
(b)
Figura 1 – (a) 2519/C; (b) 2519/ITO
Tabela 1 – Rugosidade RMS para escala de varredura de 2μm
Os resultados mostram que a nucleação do filme está ligada às características
cristalinas do substrato (epitaxia). Substratos de estrutura cristalina tendem a gerar
grãos de diâmetro médio maior do que aqueles de estrutura amorfa. Analisando
imagens desses filmes, notamos também que a rugosidade depende da escala em
que se faz a medição, e por isso deve-se indicar em qual escala a rugosidade foi
medida.
Referências
[1] T. Windt, Fabricação e Caracterização de Filmes Finos de TiO2 Utilizados em
Dispositivos Óptico-eletrônicos (2008);
[2] M. A. G. Silveira, Estudo de Expoentes Críticos de Filmes de Diamante por
Microscopia de Força Atômica.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao Centro Universitário da FEI pelo apoio financeiro.