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4 - Deposição de Filmes
por Evaporação Térmica
Ciência e Tecnologia de Filmes Finos – POSMAT/2011
Prof. José Humberto Dias da Silva
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Motivação
� Aplicações
� Evaporação de metais - contatos
elétricos/espelhos
� Multicamadas ópticas / filtros interferométricos
� Deposição de semicondutores e isolantes:
dispositivos:
� Processamento
� Memória
� LEDs / Lasers
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Motivação
� Tecnologias / sistemas utilizados
� Sistemas de MBE – multicamadas eletrônicas
� Deposição por laser pulsado (PLD)
� Deposição por feixe eletrônico (e-beam)
� Deposição de compostos e ligas (flash)
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Motivação
�Sistemas de evaporação
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PLD – deposição por laser pulsado
Wiki - H.Perowne 2006 (UTC)
Breakthrough: 1987 - Dijkkamp / Venkatesan YBa2Cu3O7
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Câmara PLD
www.tkk.fi/Units/AES/projects/prlaser/equipment.htm
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Evaporação por feixe eletrônico
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Sistemas de
evaporação
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MBE – células de efusão
Molecular-beam epitaxy system at LAAS
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Micro Processadores / MQW-LEDs e LASERs:
várias etapas – em ultra-alto-vácuo
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Evaporação Térmica
� 3 etapas
� 1: Transformação de fase
sólido ou líquido => vapor
� 2: Transporte
fonte => substrato
� 3: Condensação e crescimento do filme
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Condição de Equilíbrio (?!)
� Como são a física e a química das transformações de fase?
⇒Começaremos a abordar esse problema quando há equilíbrio de fases. (+ simples)
⇒Depois veremos as condições de não equilíbrio => deposição de filmes
(+ complexa)
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1. Transformação de fase
Questões:
� Copo com água, Tamb.
Evapora ? Por que?
� Forma de gelo – congelador.
O que acontece ?
� Outra substância (Al, Au, Fe, Si....)
16Clausius-Clapeyron, no quadro
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2.TR
L
dT
dp v≅
RTL
o
v
epTp−
= .)(
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Pressões de
vapor – metais.
Catálogo Balzers
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Equação de Clausius e Clapeyron
� Todas as substâncias evaporam!
(mesmo em equilíbrio há uma é dinâmica)
� Equilíbrio vs. evaporação efetiva
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Evaporação:
equilíbrio | fora do equilíbrio
rad
iaçã
o c
avid
ad
e
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Evaporação:
equilíbrio | fora do equilíbrio
rad
iaçã
o c
avid
ad
e
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Evaporação:
equilíbrio | fora do equilíbrio
rad
iaçã
o c
avid
ad
e
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Evaporação:
equilíbrio | fora do equilíbrio
rad
iaçã
o c
avid
ad
e
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Evaporação – célula de Knudsen
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Célula de Knudsen
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Célula de Knudsen - esquema
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2. Transporte: Fonte => Substrato
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Transporte: Fonte => Substrato
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24 r
QJJ o
πθ
==
A
JQ v
=
)cos(θθ oJJ =
Frentes de deposição (r fixo)
(Fonte esférica)
(Taxa total de evap de uma fonte de área A, emitindo fluxo Jv)
(Disco, distribuição cossenoidal de fluxo)
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)(cos2θ
θJJ S =
o
oTr
QJJ
π
θθ
)(cos)(cos
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==
Fluxo no substrato
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3. Material => alvo
formação do filme
� Monitoramento da espessura
� Morfologia/estruturação do filme
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Monitoramento da taxa de deposição
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Refletância no filme
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Conclusões
� Equação de Clausius-Clapeyron (pv)
� Equação de Knudsen (Ji(p,M,T))
� Evap. aberta => Jv ~ Jv-eq
� Compostos – ligas (Flash)
� Transporte (disco – cos4θ)
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Adendo:
� Evaporação de compostos
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Evaporação de compostos
• Compostos que mantêm a estequiometria
• Compostos que evaporam fora da
estequiometria
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Evaporação Flash
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Na prática:
(Ex: manual Balzers)
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� Calibração (corrente no primário vs
temperatura) – cadinho BD 482009-T
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Exercícios – Cap.4