TESE DE DOUTORADO JOSÉ AMÉRICO DE SOUSA MOURA NATAL-RN, BRASIL POR

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA DEPARTAMENTO DE FÍSICA TEÓRICA E EXPERIMENTAL PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA TESE DE DOUTORADO CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS DE NITRETOS BASEADOS EM FERRO (FeN) e ALUMÍNIO (AlN) CRESCIDOS POR SPUTTERING, IMPLEMENTAÇÂO DA TÉCNICA LEED E APLICAÇÔES TECNOLÓGICAS DO EFEITOS PELTIER POR JOSÉ AMÉRICO DE SOUSA MOURA NATAL-RN, BRASIL DEZEMBRO DE 2010

2 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Motivação O Nitreto de Ferro Introdução O Nitreto de Ferro As fases do Fe-N αfe N α Fe N α Fe 16 N Outros nitretos de ferro Os Nitretos semicondutores INTRODUÇÃO O Nitreto de Alumínio Estrutura cristalina Propriedades térmicas Estrutura de bandas Propriedades ópticas e elétricas i

3 4 Técnicas de crescimento de filmes finos Introdução Sputtering Sputtering reativo Microestrutura do filme Considerações adicionais Condicionamento do alvo - ( pré-sputtering ) Potência e tensão sobre o alvo Contaminação SISTEMA DE SPUTTERING - DFTE/UFRN Câmara de deposição Sistema de vácuo Alvos e porta-substratos Fontes DC e RF Sistema fechado de refrigeração Preparação e análises das amostras de FeN Preparação dos filmes Limpeza substrato Crescimento do filme Caracterização magnética MOKE - Magnetômetro de efeito Kerr FMR - Ressonância Ferromagnética Caracterização estrutural AFM - Microscopia de força atômica Caracterização elétrica Resistividade Preparação e análises das amostras de AlN Preparação dos filmes Limpeza substrato Crescimento do filme ii

4 6.2 Espectroscopia Ramam Medidas magnéticas Implementação do LEED MOTIVAÇÃO Aplicações tecnológicas do Efeito Peltier INTRODUÇÃO Características elétricas Características térmicas PATENTE CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS Nitretos LEED PELTIER A Sputtering Yields - S 58 B TABELA DE NADA 60 Referências Bibliográficas iii

5 LISTA DE FIGURAS 2.1 Fomação de nitretos e semicondutores WBG na tabela periódica Diagrama de fases para o sistema Fe-N[54] Estrutura wutizítica hexagonal do Nitreto de Alumínio Planos para a estrutura wutizítica hexagonal Energia do gap versus parâmetro de rede Zona de Brillouin para estrutura wurtizítica Densidade de probabilidade paran 2 a 298 e 573 K; eh 2 a 298 K (Adpatado de Material Processing Handbook [45]) Densidade de probabilidade paran 2 a 298 e 573 K; eh 2 a 298 K (Adpatado de Material Processing Handbook [45]) Processo de sputtering típico (Adpatado de Material Processing Handbook [45]) Descargas em um processo de sputtering típico (Adpatado de Material Processing Handbook [45]) Descargas em um processo de sputtering típico (Adpatado de []) Descargas em um processo de sputtering rf típico Magnetron sputtering mostrando os elétrons confinados próximos aa superfície do alvo pelo campo magnético dos ímãs Plasma real de argônio, confinado próximo ao alvo pelo magnetron Alvo de AlN depois de utilizado para deposição em um magnetron sputtering.. 29 iv

6 4.10 Evolução da estrutura em filmes policristalinos em função da temperatura do substrato e da pressão do Ar, mostrando as 04 zonas do modelo de Thornton Deposição de material nas partes fixa e paredes da câmara Limpeza do substrato com ultrasom e solventes (acetona/metanol) no béquer Sistema para crescimento de filmes finos por sputtering.(aja Inc) Câmara sputtering Rapier/Orion - Aja Inc Bombas de vácuo do sistema de sputtering do DFTE/UFRN Aquecimento da câmara baking Válvulas de controle do gás de sputtering Acesso para troca de alvo e sustrato Porta-substrato Rapier/Orion - Aja Inc Fonte DC do sputtering Rapier/Orion - Aja Inc Fonte RF do sputtering Rapier/Orion - Aja Inc Conjunto para casamento de impedâncias do circuito alvo-plasma-fonte RF Sistema de refrigeração formando um circuito fechado Sistema de refrigeração formando um circuito fechado v

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