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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
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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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5
1. adsorção
� átomos e moléculas que chegam adsorvem na superfície
2. difusão� átomos ou moléculas difundem
alguma distância, antes de serem incorporados pelo filme.
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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
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Adsorção (fisisorção) ↔↔↔↔ Ligação (quimisorção)
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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
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Exemplo: Diamante sobre Si. Rugosidade da superfície => papel importante na nucleação em torno de pontos especiais favoráveis
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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)
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Volmer - Weber
Stranski-Krastanov
Frank-Van der Merwe
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crescimento visto de cima
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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
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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
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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 →+
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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).
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Grato pela atenção!