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 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, 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 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
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