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 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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