Comparação de Análises de Nano Filmes - Instituto de Física

Comparação de Análises de
Nano Filmes Resistivos com
Técnicas Atômicas e
Nucleares (em 10 minutos)
Marco Antonio Pannunzio Carmignotto
Orientação:
- Nemitala Added
- Manfredo H Tabacniks
- Márcia A Rizzutto
- Marcel D L Barbosa
Apoio
Objetivos
• Estudo dos limites de condutividade “bulk” de filmes de ouro
em função de suas espessuras;
• Aprendizagem e familiarização com técnicas de análise
microscópicas:
§ Microscopia Ótica;
§ Espectroscopia por Retroespalhamento Rutherford (RBS);
§ Microscopia de Força Atômica (AFM).
Resistividade
de
Filmes
de
Ouro
Por
que
esta
Por que um filme
resistividade não é
de 5 nm de
• Filmes
confeccionados
por efeito Joule;
espessura
tem cor? através de evaporaçãocompatível?
• Resistividade mensurada indiretamente através de medidas de
resistência elétrica e espessura (via RBS).
3 cm
Filme de Au (azul) de 5 nm de
espessura com contatos elétricos
de Cu (vermelho) em substrato de
vidro
Comparação de resistividade elétrica
dos filmes entre a literatura [1] e as
medidas realizadas
[1] Farias, Reginaldo J C F em “Resistividade Elétrica de Filmes Finos Nanoestruturados de Platina e Ouro”, Tese de
Mestrado do Instituto de Física (USP) – 2004
Novo Teste - Aquecimento
Aquecimento de algumas amostras a 600 ºC durante 30 minutos
RESULTADO
Filme de ouro antes do
aquecimento (azul)
600 ºC
30 min
Filme de ouro após
aquecimento (rosa!)
Estrutura do Filme - RBS
• Técnica de análise por feixe iônico baseada no
retroespalhamento de partículas aceleradas (LAMFI-IFUSP);
• Medidas absolutas em átomos/cm², com sensibilidade menor
que 1012 at/cm².
Esquema RBS:
M E
o
M E'
RESULTADOS:
O espectro de energia mostra:
• Elementos do substrato (O, Si, Ca,
Sn) e o Au;
• Concentração elementar do filme
inalterada (com 5 nm) após
aquecimento.
Estrutura do Filme
- Microscopia Óptica
Técnica de análise por luz visível com limitação de resolução
dependente do microscópio – resolução máxima limitada pelo
comprimento de onda da luz utilizada
47.4 µm
47.4 µm
47.4 µm
600 ºC
30 min
Filme de ouro antes do
aquecimento, com nenhuma
estruturação nas dimensões
de dezenas de micrômetros
Filme de ouro após o aquecimento, com
algumas regiões formando aglomerados
maiores e outras intactas
Estrutura do Filme - AFM
Técnica de análise de topologia com alta poder de resolução,
capaz até de resolver átomos em microscópios avançados
600 ºC
30 min
Filme de ouro antes do
aquecimento, com grãos de
30(10) nm de diâmetro – a
rugosidade média deste filme é
de 5,7 nm
Filme de ouro após
aquecimento, com grãos de
80(15) nm de diâmetro
Conclusões
• A complementaridade das técnicas RBS (Espectroscopia
por Retroespalhamento Rutherford) e AFM (Microscopia de
Força Atômica) evidenciou uma espessura média do filme
analisado de 5,3(10) nm;
• Novos estudos para sistematização dos dados de
resistividade em função da espessura necessitam serem
feitos com variação maior dos parâmetros envolvidos
(espessura, condições de deposição – temperatura e
velocidade de evaporação, ...).
Perspectivas Futuras
• Estudo da caracterização de Filmes Finos através da determinação
de suas dimensões fractais – referência [2].
• Estudo e exploração do processo de formação de filmes finos
Diversos processos atômicos básicos
durante o crescimento de filmes
finos – referência [3]
Modelos de modos de crescimento de
filmes (a) Frank - van der Merwe, (b)
Volmer – Weber, e (c) Stranski Krastanov – referência [3]
[2] “Fractal Properties of Thin Film Surfaces ” em http:\\www.hostultra.com/~mhegazv/nucleation.htm – setembro/2005
[3] “Elements of nucleation and growth of thin films ” em http:\\www.vislab.ug.edu.au/education/sc3/1998/cdovle/report.html
Perspectivas Futuras
• Estudo dos diversos processos de condução elétrica entre
grãos [4]:
Granulation
Model
Process
Bulk metal
Metallic Conductivity
Touching Clusters
Percolation
(grain boundaries)
Small Distance
Tunneling
(quantum physics)
Larger Distances
Scotty Emission
(thermal)
Larger Distances
Field Emission
(high fields)
[4] Fink, D em “Ion-Solid Interaction: Status and Perspectives” - XXVII Reunião de Trabalho sobre Física Nuclear no Brasil – 2003
Problemas em Aberto
• Por que filmes de 5 nm de espessura possuem cor?
• Qual a influência do tamanho do grão na cor dos filmes
(azuis com grãos de 30 nm e rosas com grãos de 80 nm)?
• Quais os fenômenos de condutividade elétrica presentes
nestes filmes?
Agradecimentos
• Grupo de Física Aplicada com Aceleradores (GFAA-IFUSP)
• Marcos R Antonio (LAMFI – IFUSP)
• Wanda V M Machado (Pelletron – IFUSP)
• Sebastião G dos Santos-Filho (LSI – Poli – USP)
Obrigado!
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