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Ciência e Tecnologia de Filmes FinosAula 7

O que acontece quando os precursores chegam ao substrato?

Deposição de Filmes (Cap. 5)

� 5.1 - Adsorção

� 5.2 - Difusão superficial

� 5.3 - Nucleação

� 5.4 - Desenvolvimento de Estrutura

� 5.5 – Interfaces

Durante o crescimento, na formação dos filmes:

� (1) Quais são os passos importantes ?

� (2) Quais os aspectos físicos e químicos envolvidos nesses passos?

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0. geração

1. adsorção

2. difusão na superfície

3. incorporação

4. nucleação5. estruturação e morfologia

6. difusão (de fase sólida) entre o filme e o substrato

Passos do crescimento de filmes:

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0 – geração

� Átomos / precursores emergem de uma fonte (Knudsen/alvo/cadinho)

� Átomos se deslocam até o local de crescimento (pode haver plasma / ativação / reação)

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1. adsorção

� átomos e moléculas que chegam adsorvem na superfície

2. difusão� átomos ou moléculas difundem

alguma distância, antes de serem incorporados pelo filme.

Esquema: adsorção – difusão -nucleação – incorporação – formação de platôs

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3. incorporação

� envolve a reação química das espécies adsorvidas entre si, e reação química com a superfíciedo substrato

Adsorção (fisisorção) ↔↔↔↔ Ligação (quimisorção)

Adsorção (fisisorção) ↔↔↔↔ Ligação (quimisorção)

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4. nucleação

� Agregação inicial na superfície do substrato

� Possível: existência de sítios especiais mais ativos para adsorção –crescimento preferencial

Exemplo: Diamante sobre Si. Rugosidade da superfície => papel importante na nucleação em torno de pontos especiais favoráveis

Gómez-Rodrigues etal.(PRL-V76,799,1996)

Mobilidade atômica -nucleação

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5. desenvolvimento da estrutura

Van der Merwe –camada por camada

Volmer Weber – ilhas

Stranski-Krastanov –intermediário: ilhas sobre camadas

γγγγ- tensão superficial (J/m2)

Volmer - Weber

Stranski-Krastanov

Frank-Van der Merwe

crescimento visto de cima

crescimento:

colunar aberto (wiskers) vs compacto

crescimento compacto => TSubstrato / Tfusão - estrutura

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6. difusão (de fase sólida)posterior / entre o filme e o substrato

Exemplos de crescimentoEx: Filmes de Si por CVD

1. CVD (Deposição de Vapor Químico)

� (a) Vapores supridos adsorvem como moléculas

� (b) Moléculas sofrem reações que quebram suas ligações.

� (c) Ligações quebradas formam novas ligações com a superfície do filme.

� SiH4(g) →→→→ .... →→→→ SiH4(a) →→→→ Si(c) + 2H2 (g)

(a) = adsorvido (b) = condensado (g) = gás / vapor

Exemplo:Compostos ZnSe : Fontes Zn(g) e Se(g)

� 2. Deposição de Compostos

(a) Fontes separadas de suprimento (Ex: AB, ZnSe)

(b) O vapor que adsorve liga-se na superfície muito mais fortemente ao outro componente

)()()( cZnSeaSegZn →+

)()()( cZnSeaZngSe →+

Exemplo: Deposição de Elementos Metálicos

� Metais de baixa resistividade ligam-se mais facilmente aos substratos não metálicos (evitam os sítios contendo outro átomo metálico)

⇒ Ajuda por ex. na formação de GaN / GaAs sem clusters de Ga

⇒ Deposição uniforme de metais em substratos isolantes

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Exercícios -Cap.5

� 1) Resolva o ex. 5.1 do Smith. (Coeficientes)

� 2) O que é tensão superficial?� 3) Qual o papel da tensão superficial no crescimento de filmes e cristais?

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Próximas AulasAula 08Final do Cap. 5 (deposição)(Final da parte básica da disciplina).

Aula 09 Preparação para avaliação / escolha de temas para seminários

Aula 10 – Avaliação (prova).

Grato pela atenção!