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 X-Rays – 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 Gold-silver 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