CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA DE JUNÇÕES P-N PBTE PARA APLICAÇÃO EM DETECTORES DE INFRAVERMELHO

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1 INPE TDI/974 CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA DE JUNÇÕES P-N PBTE PARA APLICAÇÃO EM DETECTORES DE INFRAVERMELHO André Santiago Barros Dissertação de Mestrado do Curso de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia Espaciais/Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores, orientada pelo Dr. Eduardo Abramof, aprovada em 2 de setembro de INPE São José dos Campos 2005

2 620.1 BARROS, A. S. Caracterização elétrica de junções P-N PBTE para aplicação em detectores de infravermelho / A. S. Barros. São José dos Campos: INPE, p. (INPE TDI/974). 1.Telureto de chumbo. 2.Epitaxia de feixe molecular. 3.Detector fotovoltaico de infravermelho. 4.Capacitância por tensão. 5.Corrente por tensão. I.Título.

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5 The outside world is something independent from man, something absolute, and the quest for the laws which apply to this absolute appeared to me as the most sublime scientific pursuit in life. MAX KARL ERNST LUDWIG PLANCK

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7 À minha esposa Priscila e nossos filhos Enzo, Hector e Lincoln, a meus pais e meus irmãos

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9 AGRADECIMENTOS Ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE, pela oportunidade de estudos e utilização de suas instalações. Ao Laboratório Associado de Sensores e Materiais (LAS) por ter disponibilizado a infra-estrutura necessária para a execução desta dissertação de mestrado. Aos professores da Área de Concentração em Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores (CMS) do Programa de pós-graduação em engenharia e Tecnologia Espaciais (ETE) pelo conhecimento compartilhado. Ao meu orientador Prof. Dr. Eduardo Abramof, pelo conhecimento passado e pela orientação e apoio na realização deste trabalho. Ao grupo de pesquisas de Tecnologia de Materiais TECMAT, pela atenção dedicada. A meus pais pelo incentivo e pela compreensão. Aos colegas de estudo, por compartilhar das dificuldades e vitórias: Alexandre M.Pires dos Anjos, Yuliya Koldayeva, Úrsula Andréia Mengui, Érica Freire Antunes, Patrícia Guimarães Abramof, Fernando Cruz Barbieri, Irineu Yassuda, Vanderlan Rodrigues dos Anjos. Aos funcionários do LAS pela colaboração: Francisco Augusto Souza Ferreira, Stela Márcia Teixeira, Manuel F. Ribeiro, Augusto C. Conrado, Júlio César Peixoto, Eliana Marques C. Martins. À minha família, pelo amor e compreensão, mesmo nos momentos difíceis.

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11 RESUMO Este trabalho visa à caracterização elétrica de junções p-n de PbTe para aplicação em detectores fotovoltaicos na faixa do infravermelho médio. Para isto, uma série de junções p-n foi crescida com sucesso por epitaxia de feixe molecular sobre substratos de fluoreto de bário. Nesta série, a concentração de buracos p ficou mantida fixa em cm -3 e a concentração de elétrons n variou entre e cm -3. Um sistema para medidas de corrente por tensão (IxV) e capacitância por tensão (CxV) foi implementado para este estudo com programas de controle desenvolvidos na plataforma Visual Basic. Aproveitando a experiência adquirida, um código fonte em Visual Basic foi também desenvolvido para controlar o sistema de epitaxia de feixe molecular. Diodos na forma de estrutura mesa foram fabricados por técnicas de litografia e montados em um criostato de nitrogênio líquido para a caracterização elétrica e determinação das figuras de mérito (detectividade e reposta espectral). Os resultados obtidos da característica CxV mostraram que para concentração de elétrons n > cm -3, junções abruptas de um único lado foram formadas. Neste caso, a concentração de buracos p e a largura da região depleção puderam ser determinadas. As características IxV apresentaram formas diferenciadas tanto para o ramo de corrente reversa como o de direta, mesmo para diodos feitos de uma mesma junção. A resistência diferencial incremental, as resistências em série e em paralelo, e o fator de idealidade dos diodos foram obtidos usando a derivada da curva IxV e um programa de simulação desenvolvido para ajustar a curva calculada pela equação de um diodo real aos pontos experimentais. As flutuações observadas tanto para os parâmetros obtidos da característica IxV quanto para os valores de detectividade D * foram atribuídos a problemas durante o processamento dos fotodiodos. A despeito destas flutuações, os valores de ruído e detectividade medidos para os detectores de PbTe puderam ser correlacionados com os parâmetros obtidos da análise da característica IxV. Estes resultados permitem uma previsão das figuras de mérito do detector de PbTe a partir dos dados da curva IxV. Destaca-se, ainda, que os melhores fotodiodos de PbTe fabricados durante este trabalho apresentaram valores de D * na ordem de cmhz 1/2 W -1 comparáveis aos de InSb e HgCdTe comerciais e aos de PbTe fabricados sobre silício.

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13 ELECTRICAL CHARACTERIZATION OF PbTe p-n JUNCTIONS FOR APPLICATION IN INFRARED DETECTORS ABSTRACT This work reports on the electrical characterization of PbTe p-n junctions for application in photovoltaic detectors in the medium infrared range. For this purpose, a series of p-n junctions, where the hole concentration p was kept at cm -3 and the electron concentration n varied between and cm -3, was successfully grown by molecular beam epitaxy on barium fluoride substrates. A system to measure current versus voltage (IxV) and capacitance versus voltage (CxV) characteristics was employed together with data acquisition and control programs developed in Visual Basic platform. Using this experience, a Visual Basic code to control the molecular beam epitaxial system was also developed. Mesa diodes were fabricated by lithography and mounted in a liquid nitrogen cryostat for the electrical characterization and the determination of figures of merit (detectivity and spectral response). The results obtained by the CxV characteristic showed that for electron concentration n > cm -3, one-sided abrupt junctions were formed. In this case, the hole concentration and the depletion width could be determined. The IxV characteristic exhibited different forms for both reverse and direct branches, even for diodes fabricated from the same junction. The incremental differential resistance, the series and parallel resistances, the ideality factor of the diodes were obtained by the derivative of the IxV curve and by a simulation program developed to adjust the curve calculated by the equation for a real diode to the experimental data. The fluctuations observed for both the parameters obtained from the IxV curve analysis and detectivity D * values were attributed to problems during the photodiode fabrication processes. Despite of these fluctuations, it was possible to correlate the noise and detectivity values measured for the PbTe detectors to the parameters obtained form the IxV characterization. These results allow the prediction of the detector s figures of merit from the data obtained from the IxV curves. It is also important to emphasize that the best PbTe photodiodes fabricated during this work showed D * values close to cmhz 1/2 W -1, comparable to InSb and HgCdTe commercial detectors and to PbTe photodiodes fabricated on silicon substrates.

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15 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS LISTA DE SÍMBOLOS LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO CAPÍTULO 2 - RADIAÇÃO INFRAVERMELHA E PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS IV-VI Detectores de Radiação Infravermelha Propriedades dos Compostos Semicondutores do Grupo IV VI CAPÍTULO 3 - EPITAXIA DE FEIXE MOLECULAR Descrição da Técnica e do Sistema MBE Programa de Controle e Aquisição de Dados para o Sistema MBE CAPÍTULO 4 - TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO DAS CAMADAS Medidas de Espessura Efeito Hall e Resistividade Descrição do Efeito Hall Método van der Pauw Sistema para Medidas de Resistividade e Efeito Hall CAPÍTULO 5 - TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO DO DISPOSITIVO Medidas de Corrente por Tensão e Capacitância por Tensão Medidas das Figuras de Mérito CAPÍTULO 6 - CRESCIMENTO DAS CAMADAS EPITAXIAIS, JUNÇÕES P-N E FABRICAÇÃO DO DISPOSITIVO Camadas Epitaxiais de Referência e Junções p-n Fabricação do Dispositivo CAPÍTULO 7 - CARACTERIZAÇÃO DO DISPOSITIVO Característica Capacitância por Tensão Característica Corrente por Tensão Detectividade e Resposta Espectral Correlação entre Medidas Elétricas e Ópticas CAPÍTULO 8 - CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICE A - PUBLICAÇÕES Pág.

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17 LISTA DE FIGURAS 2.1 Transmitância atmosférica na região do infravermelho Espectros de emissão de um corpo negro a 300 e a 900K calculados a partir da lei de Planck Diagrama de energia de uma junção p-n Estrutura cristalina dos sais de chumbo (estrutura do sal de rocha) Diagrama de fase temperatura versus composição para o composto Pb 1-y Te y (painel esquerdo). Este composto só existe em torno da linha estequiométrica (y = 0,5). O diagrama de fase em torno da região estequiométrica é mostrado em uma escala expandida no painel direito Diagrama esquemático do sistema de epitaxia de feixe molecular (MBE) instalado no LAS/INPE para o crescimento de compostos IV-VI: vista de cima mostrando as três câmaras do sistema (à direita), e à esquerda detalhes da câmara principal de crescimento Formulário do programa de controle e aquisição de dados desenvolvido para o sistema de crescimento epitaxial por feixe molecular Espectro de reflexão de um filme de PbTe crescido sobre BaF 2 obtido por medidas no FTIR. A espessura do filme é obtida através da separação entre os extremos das franjas de interferência observadas no espectro, conhecendo-se o índice de refração do material Esquema de uma amostra utilizada para medir o efeito Hall Desenho da configuração de van der Pauw Diagrama do sistema de medidas de resistividade e efeito Hall Fotografia do sistema para medidas de resistividade e efeito Hall instalado no LAS/INPE Gabinete com os sistemas de caracterização elétrica corrente por tensão (IxV) e capacitância por tensão (CxV) e o microcomputador de controle das medidas com interface IEEE Diagrama de blocos e circuito equivalente de medidas para o sistema IxV. Nesta configuração, a queda de tensão é medida em cima do dispositivo em teste Diagrama e circuito de medida do sistema CxV. A tensão é aplicada pela fonte interna do capacímetro e a capacitância e a condutância são obtidas utilizando o sinal alternado de 1MHz Formulário de medida de corrente por tensão (IxV) do programa de controle desenvolvido em Visual Basic Formulário de medida de capacitância por tensão (CxV) do programa de controle desenvolvido em Visual Basic Curva característica corrente por tensão de um diodo comercial 1N4148 medida no sistema IxV implementado Curva de tensão por corrente para o diodo 1N4148 polarizado diretamente medida no sistema IxV (painel esquerdo) e, no painel direito, para comparação,

18 o gráfico retirado do folheto do fabricante. Um desvio máximo de 5% foi observado entre os dois gráficos Curva característica CxV para o diodo SKN1204 medida no sistema montado Diagrama da montagem para medida de detectividade de um sensor infravermelho Diagrama da montagem para medidas de resposta espectral relativa para um sensor infravermelho Concentração de portadores a 77K versus fluxo de Te para camadas de PbTe crescidas a 300 o C. A inversão do caráter n para p ocorre por volta de 8x10-9 Torr Corte transversal da estrutura tipo mesa Máscara de evaporação de contatos de Au. O desenho da esquerda representa a máscara utilizada para evaporação de contatos no lado n, e o da direita para evaporação de contatos no lado p Fotografias do porta amostra com as máscaras para evaporação de contatos de Au montadas Perfil de uma estrutura mesa delineada na junção p-n de PbTe Criostato de nitrogênio líquido com janela de BaF 2 e conector detoronics de 10 pinos Curvas características CxV e 1/C e 2 xv para os diodos de PbTe fabricados a partir de junções p-n ++ (a), p-n + (b), e p-n (c). Os pontos são dados experimentais e a linha cheia corresponde ao ajuste linear Curvas características IxV e ( V/ I)xV para os diodos de PbTe fabricados a partir de junções p-n ++ (n ~ cm -3 ) Curvas características IxV e ( V/ I)xV para os diodos de PbTe fabricados a partir de junções p-n + (n ~ cm -3 ) Curvas características IxV e ( V/ I)xV para os diodos de PbTe fabricados a partir de junções p-n (n ~ cm -3 ) Circuito equivalente de um diodo real com resistências em série e em paralelo ao diodo ideal Resultado da simulação da característica IxV de um diodo de junção p-n ++ com baixa corrente de fuga. Os círculos abertos são os pontos experimentais e as linhas correspondem às curvas calculadas. Para melhor visualização, o painel inferior mostra na ordenada o módulo da corrente em escala logarítmica Resultado da simulação da característica IxV de um diodo de junção p-n + apresentando alta corrente de fuga. Os círculos abertos são os pontos experimentais e as linhas correspondem às curvas calculadas. Para melhor visualização, o painel inferior mostra na ordenada o módulo da corrente em escala logarítmica Resultado da simulação da característica IxV de um diodo de junção p-n que apresenta baixa corrente de fuga. Os círculos abertos são os pontos experimentais e as linhas correspondem às curvas calculadas. Para melhor visualização, o painel inferior mostra na ordenada o módulo da corrente em escala logarítmica Espectro de transmissão na região do infravermelho para a janela de BaF 2 do criostato e para o substrato clivado de BaF 2 utilizado para o crescimento

19 7.10 Resposta espectral do detector de junção p-n de PbTe Relação entre o inverso do ruído medido com o pré-amplificador e resistência paralela para os detectores de PbTe Detectividade em função da resistência paralela para os detectores fotovoltaicos de PbTe Detectividade em função do produto R 0 A para os detectores fotovoltaicos de PbTe... 97

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21 LISTA DE TABELAS 2.1 Espectro eletromagnético para região do infravermelho Propriedades gerais dos principais compostos IV-VI, BaF 2 e Si: energia do gap (E g ) a 300 e a 77K, constante de rede (a), densidade (ρ v ), coeficiente de expansão térmico linear (β), massa atômica (M) e temperatura de fusão (T F ) Propriedades elétricas a 300 e 77K das camadas de referência crescidas visando à obtenção do PbTe com caráter p. O fluxo de Te (F Te ) controlado pela temperatura da respectiva célula (T Te ) e a temperatura do substrato (T sub ) foram os principais parâmetros de crescimento variados durante o procedimento. A temperatura da célula de PbTe ficou fixa em 640 o C Propriedades elétricas a temperatura ambiente e em nitrogênio líquido das camadas referência de PbTe tipo-n dopadas com bismuto. O fluxo da célula de Bi 2 Te 3 (F Bi2Te3 ) obtido na temperatura T Bi2Te3 foi o principal parâmetro variado nesta série. As temperaturas do substrato, da célula de PbTe, e da célula de Te ficaram fixas em 290, 640, e 276 o C, respectivamente Dados das junções p-n crescidas para a fabricação dos fotodiodos. A espessura t corresponde às duas camadas (p+n), t p à camada p e t n à camada n. Ref p e Ref n correspondem às camadas utilizadas como referência para o crescimento da junção p-n, enquanto os valores p e n são as concentrações de buracos e elétrons a 77K das respectivas camadas referências. O Tipo é a nomenclatura utilizada para se referir à variação da concentração de elétrons na junção Concentração de buracos p e largura da região de depleção w em V = 0 e V = -0,4V, obtidos através da caracterização CxV ( * V = -0,2V) Dados obtidos da caracterização IxV: resistência incremental diferencial R 0, produto resistência incremental vezes a área R 0 A, fator de idealidade n id, resistência em série R s e em paralelo R p ao diodo Detectividade D * dos detectores de PbTe medida diretamente e com o préamplificador. V S, V N, e V S /V N correspondem à tensão do sinal, do ruído, e à relação sinal-ruído, respectivamente

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23 LISTA DE SÍMBOLOS Φ ν η f k β κ λ λ max - Fluxo de fótons - Freqüência - Eficiência quântica - Largura de banda do amplificador - Diferença em número de onda - Coeficiente de expansão térmico linear - Constante dielétrica - Comprimento de onda - Comprimento de onda máximo para emissão de um corpo negro µ - Mobilidade π θ ρ ρ v σ ε 0 A a A s B - Número PI - Ângulo de incidência - Resistividade - Densidade volumétrica - Constante de Stefan-Boltzmann - Permissividade elétrica no vácuo - Área do dispositivo - Constante de rede - Abertura da cavidade do corpo negro - Campo magnético

24 B z C c C e d D D * * D λ E e E c E g E v E y F f F Bi2Te3 F m F Te F y G h - Campo magnético na direção z - Capacitância - Velocidade da luz - Capacitância específica - Distância - Detectividade - Detectividade normalizada - Detectividade espectral - Campo elétrico - Carga do elétron - Energia da banda de condução - Energia do gap - Energia da banda de valência - Campo elétrico na direção y - Força - Fator de van der Pauw - Fluxo de telureto de bismuto - Fator de transferência do modulador mecânico - Fluxo de telúrio - Força na direção y - Condutância - Constante de Planck

25 H I I 0 I ph J J x k B L M m n n id n r p Q R R 0 R H R P R S T t - Densidade de potência irradiada - Corrente - Corrente de saturação - Fotocorrente - Densidade de corrente - Densidade de corrente na direção x - Constante de Boltzmann - Distância entre contatos - Massa atômica - Mínimos ou máximos das franjas de interferência - Concentração de elétrons por unidade de volume - Fator de idealidade - Índice de refração - Concentração de buracos por unidade de volume - Razão das resistências - Resistência - Resistência diferencial incremental - Coeficiente Hall - Resistência em paralelo - Resistência em série - Temperatura em Kelvin - Espessura

26 T BB T Bi2Te3 T F T sub T Te v V V b V N V S V th v x v y w y - Temperatura do corpo negro - Temperatura do telureto de bismuto - Temperatura de fusão - Temperatura do substrato - Temperatura do telúrio - Velocidade - Tensão - Potencial da barreira - Tensão de ruído - Tensão de sinal - Tensão térmica - Velocidade na direção x - Velocidade na direção y - Largura da camada de depleção - Composição atômica

27 LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS a.m.u. DC DMM DUT FAPESP FCC FOV FTIR HP - Atomic Mass Unit - Direct Current - Digital Multimeter - Device Under Test - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - Face Centered Cubic - Field of View - Fourier Transformer Infrared - Hewlett Packard IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers INPE LAS MBE NEP PC PCI RHEED - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - Laboratório Associado de Sensores e Materiais - Molecular Beam Epitaxy - Noise Equivalent Power - Personal Computer - Peripheral Component Interconnect - Reflection High Energy Electron Diffraction RS232 - Recommended Standard 232

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29 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO O telureto de chumbo (PbTe) pertence à família dos compostos semicondutores do grupo IV-VI, e por possuir uma largura da banda proibida estreita, torna-se interessante para aplicação em dispositivos operantes no infravermelho termal. Os dispositivos de infravermelho podem ser aplicados em uma gama muito ampla de situações. Como exemplo temos o controle de poluentes, sensoriamento remoto, termografia, diagnósticos médicos, monitoramento de temperatura à distância, além da investigação de propriedades e fenômenos em diversos ramos da ciência (Hudson, 1969). O grupo do LAS/INPE tem larga tradição na pesquisa em compostos IV-VI. O trabalho iniciou-se em 1978 com o crescimento de monocristais da liga telureto de chumbo e estanho utilizando a técnica Brigdman e vapor-líquido-sólido. As primeiras junções p-n foram fabricadas por técnicas de difusão (An et al., 1985). Com a implantação de um sistema para epitaxia a partir da fase líquida em 1984, detectores fotovoltaicos (Ferreira, 1988) e lasers semicondutores (Abramof, 1988) foram fabricados a partir de camadas epitaxiais crescidas sobre substratos monocristalinos de PbTe. Em 1987, a técnica de epitaxia de paredes quentes desenvolvida na Universidade de Linz na Áustria (Lopez- Otero, 1978) foi também implementada no LAS/INPE. Esta técnica permitia um melhor controle das propriedades elétricas das camadas crescidas e interfaces mais abruptas na formação da junção p-n (Abramof et al., 1989; Abramof et al., 1990). O grupo liderado por Hans Zogg do Instituto Federal de Tecnologia (ETH) em Zurique na Suíça passou a desenvolver arranjos de detectores de compostos IV-VI sobre substratos de silício usando camadas intermediárias de fluoretos crescidos por epitaxia de feixe molecular, propiciando um grande avanço na área (Zogg et al., 1989; Zogg et al., 1991; Zogg et al., 1994; Zogg, 1999). Usando o mesmo procedimento, detectores fotovoltaicos de PbTe sobre Si foram fabricados pelo nosso grupo usando a técnica de paredes quentes (Boschetti et al., 1993). Em 1995, um sistema comercial de crescimento de ultra alto 27

30 vácuo para técnica de epitaxia de feixe molecular foi adquirido da firma francesa Riber e instalado no LAS/INPE. Esta técnica permite o controle do crescimento ao nível de uma monocamada atômica tornando também possível o crescimento de estruturas com multicamadas. Este trabalho de mestrado visa à caracterização elétrica de junções p-n de PbTe crescidas por epitaxia de feixe molecular sobre substratos de fluoreto de bário para aplicação em detectores fotovoltaicos na faixa do infravermelho médio. Para isto, um sistema automatizado de medidas de corrente por tensão e capacitância por tensão será implementado. Os diodos tipo mesa serão fabricados por técnicas de litografia. As características elétricas e as figuras de mérito dos fotodiodos fabricados a partir de diferentes junções p-n serão estudadas em função da concentração de portadores das camadas constituintes com o objetivo de otimizar o desempenho do dispositivo. A dissertação se encontra organizada da seguinte forma. O Capítulo 2 apresenta os fundamentos da radiação infravermelha, o princípio de funcionamento de um detector fotovoltaico, e as propriedades gerais dos compostos semicondutores do grupo IV-VI. A técnica e o sistema de epitaxia por feixe molecular são mostrados em detalhe no Capítulo 3. O Capítulo 4 descreve as técnicas de caracterização das camadas epitaxiais incluindo medidas de espessura e medidas de efeito Hall e resistividade. As técnicas de caracterização elétrica e óptica do dispositivo são mostradas no Capítulo 5, onde o sistema implementado para medidas de corrente por tensão e capacitância por tensão é explicado e as medidas das figuras de mérito (detectividade e resposta espectral) do detector são detalhadas. O Capítulo 6 explica como foram crescidas as junções p-n, mostrando os parâmetros de crescimento das camadas de referência, e também apresenta as técnicas de litografia utilizadas na fabricação do dispositivo final. O Capítulo 7 apresenta os resultados da caracterização dos fotodiodos e mostra a correlação entre os parâmetros obtidos das características elétricas e as figuras de mérito do detector. As conclusões do trabalho realizado são finalmente relatadas no Capítulo 8. 28

31 CAPÍTULO 2 RADIAÇÃO INFRAVERMELHA E PROPRIEDADES DOS COMPOSTOS IV-VI As características do espectro eletromagnético na região do infravermelho, os fundamentos da radiação de um corpo negro, e o princípio de funcionamento de um detector fotovoltaico são descritos neste capítulo. As propriedades gerais dos compostos semicondutores do grupo IV-VI, que são utilizados na fabricação de dispositivos operantes na região do infravermelho, também são aqui detalhadas. 2.1 Detectores de Radiação Infravermelha A maior parte dos sistemas de infravermelho é obrigado a enxergar seus alvos através da atmosfera terrestre. Antes de alcançar o sensor de infravermelho, o fluxo radiante emitido pelo alvo é seletivamente absorvido por certos gases da atmosfera. Na porção infravermelha do espectro eletromagnético, o processo de absorção torna-se mais problemático que o processo de dispersão. FIGURA 2.1 Transmitância atmosférica na região do infravermelho. 29

32 A transmitância espectral medida através de 2 km de atmosfera em caminho horizontal ao nível do mar é mostrado na Figura 2.1. A molécula responsável por cada banda de absorção, como vapor de água, dióxido de carbono, ou ozônio, é mostrado na parte inferior da Figura 2.1 (Hudson, 1969). Percebe-se claramente neste espectro que existem algumas janelas, onde a atmosfera terrestre permite a passagem de grande parte da radiação infravermelha. De acordo com as janelas atmosféricas existentes, a região do infravermelho é usualmente dividida conforme mostrado na Tabela 2.1, onde estão relacionados para cada porção do infravermelho a respectiva faixa de freqüência e o comprimento de onda. TABELA 2.1 Espectro eletromagnético para região do infravermelho. Infravermelho Freqüência (THz) Comprimento de onda (µm) Muito Distante (XIR) 0, Distante (FIR) Médio (MIR) Próximo (NIR) ,75 Todo corpo a uma temperatura T>0K emite radiação eletromagnética. O corpo negro é definido como um corpo capaz de absorver toda a radiação incidente sobre o mesmo. E como todo bom absorvedor é um bom emissor, o corpo negro é o melhor emissor de radiação funcionando como padrão de referência. Durante a realização deste trabalho utilizaremos dois tipos de fonte de infravermelho: o corpo negro e a fonte glowbar. Torna-se importante então conhecer uma propriedade térmica do corpo negro, a quantidade de energia emitida em uma determinada temperatura. De acordo com a lei de Stefan-Boltzmann, a densidade de potência irradiada por um corpo negro é proporcional à quarta potência de sua temperatura absoluta, ou seja H σt 4 = (σ = 5,67 x Wcm -2 K -4 ), (2.1) onde σ é a constante de Stefan-Boltzmann. 30

33 O comprimento de onda máximo λ max de emissão de um corpo negro a uma determinada temperatura T segue a lei de deslocamento de Wien dada por λ max T = 2897,8 µmk. (2.2) 0,8 900 K 4,0 H λ (W cm -2 µm -1 ) 0,6 0,4 0,2 300 K 3,0 2,0 1,0 H λ (10-3 W cm -2 µm -1 ) 0,0 0, Comprimento de onda (µm) FIGURA 2.2 Espectros de emissão de um corpo negro a 300 e a 900K calculados a partir da lei de Planck. A distribuição espectral de um corpo negro só foi completamente compreendida a partir do formalismo da mecânica quântica. A equação de Planck para a distribuição da radiação do corpo negro é H λ 2πhc = hc 5 λkbt λ e 2 1 (2.3) onde h é a constante de Planck, c a velocidade da luz, e k B a constante de Boltzmann. A Figura 2.2 mostra a densidade de potência espectral H λ em função do comprimento de onda, calculada pela lei de Planck (Equação 2.3) para um corpo negro a 900 e a 300K. Observe que o pico de emissão de um corpo à temperatura ambiente se localiza 31

34 por volta de 10 µm, enquanto que à temperatura de 900K em 3,2 µm. Estes valores podem ser facilmente obtidos da lei de Wien na Equação 2.2. O detector de infravermelho é um dispositivo capaz de converter a radiação infravermelha incidente em alguma grandeza mensurável (Hudson, 1969). De acordo com o mecanismo físico envolvido no processo de detecção, temos os detectores térmicos e os detectores quânticos. Nesse trabalho estudaremos as características dos detectores quânticos, em especial o detector fotovoltaico, ou também conhecido como fotodiodo, que transforma a radiação incidente em tensão (ou corrente) elétrica. FIGURA 2.3 Diagrama de energia de uma junção p-n. O fotodiodo consiste em uma junção p-n, onde ocorre a formação de uma zona de transição entre uma região de material semicondutor cuja condutividade elétrica é dominada por portadores de carga tipo-n (elétrons) e uma região cuja condutividade é dominada por portadores de carga tipo-p (buracos), conforme ilustrado na Figura 2.3 Esta zona de transição é conhecida como região de depleção. A largura da região de depleção w e a simetria dessa região dependem dos processos de fabricação e dos materiais envolvidos. Se a concentração de portadores, elétrons por exemplo, varia lentamente ao longo de uma distância w relativamente ampla, entre o valor máximo do lado n e o mínimo do lado p, a junção é chamada gradual. 32

35 No outro extremo, quando essa variação é brusca e a região w estreita, tem-se uma junção abrupta. No caso da concentração de portadores ser muito maior em um dos lados da junção, a região de depleção localiza-se praticamente no lado de menor concentração, e assim temos a junção abrupta de um único lado. A região de depleção, é caracterizada pela existência em seu interior de um forte campo elétrico E. Este campo é devido à existência de cargas elétricas fixas na rede cristalina, originadas pela depleção de portadores livres que durante a formação da junção se difundiram para o lado oposto. No equilíbrio, forma-se uma barreira de potencial, ev B, que impede a difusão continuada de portadores majoritários de um lado para o outro. Quando os semicondutores dos dois lados da junção são do mesmo material e a região de transição de n para p é brusca, tem-se uma homojunção p-n abrupta, cujas propriedades físicas são mais facilmente estudadas e formam a base de operação de grande parte dos dispositivos semicondutores. No grupo de detectores quânticos existe uma interação direta entre os fótons incidentes e os elétrons do material. Quando a radiação incidente é tal que, a energia do fóton é igual ou maior que o intervalo de energias proibidas do material (energia do gap, E g =E c -E v na Figura 2.3), o fóton é absorvido, gerando um par elétron-buraco. Isto conseqüentemente aumenta a concentração de portadores livres na banda de condução e valência, respectivamente (Boschetti, 2002). Os fótons incidentes produzem pares elétron-buraco que são separados pelo campo elétrico presente na junção, e assim geram uma foto-voltagem. Supondo que um fluxo Φ de fótons (cm -2 s -1 ) com energia hν > E g, incida sobre o dispositivo, propiciando as excitações de pares elétrons-buracos em ambos os lados da junção, os portadores minoritários foto-estimulados a uma certa distância da junção podem, por difusão, atingir a zona de depleção sendo acelerados pelo campo elétrico para o outro lado da junção onde podem se recombinar com as impurezas ionizadas. Desta forma cria-se uma corrente de portadores minoritários, chamada fotocorrente I ph, dada por I ph = η eaφ (2.4) 33

36 onde η é a eficiência quântica do material e representa a quantidade de portadores excitados por fóton incidente (o valor de η é sempre menor ou igual à unidade), e é a carga do elétron e A a área sensível ou área de absorção do dispositivo. Para ser utilizado na fabricação de detectores fotovoltaicos para a região do infravermelho, o material precisa ter a largura do gap estreita, ou seja, entre 0,1 e 0,3 ev. Além disto, as propriedades elétricas deste material precisam ser controladas para se obter o material do tipo-p ou do tipo-n, e se conseguir formar a junção p-n mostrada na Figura 2.3. Os compostos semicondutores do grupo IV-VI possuem estas características e por isto são utilizados para a fabricação de dispositivos operantes na região do infravermelho termal (3-14 µm). 2.2 Propriedades dos Compostos Semicondutores do Grupo IV VI Nesta Secção apresentaremos as propriedades estruturais e elétricas dos principais compostos IV-VI, também conhecidos como sais de chumbo. Fazem parte desta família, entre outros, o telureto de chumbo (PbTe), o telureto de estanho (SnTe), o seleneto de chumbo (PbSe), e o sulfeto de chumbo (PbS). Estes compostos se cristalizam na estrutura cúbica do cloreto de sódio (NaCl), também denominada sal de rocha ou sal de gema. Esta estrutura é uma rede cúbica de face centrada (FCC) com uma base constituída de um átomo metálico na posição (0 0 0) e um átomo de calcogênio na posição (1/2 0 0), como mostrado na Figura 2.4. Ela pode ser visualizada como a sobreposição de duas redes FCC deslocadas de metade da aresta do cubo e cada uma formada por átomos de uma única espécie. A célula unitária contém oito átomos, sendo quatro de cada espécie. A natureza da ligação química nestes compostos é considerada predominantemente iônica, com forte contribuição das forças eletrostáticas entre os ânions metálicos (Ex: Pb 2+ ) e os cátions de calcogênio (Ex: Te 2- ). 34

37 FIGURA 2.4 Estrutura cristalina dos sais de chumbo (estrutura do sal de rocha). A Tabela 2.2 fornece a constante de rede a (aresta do cubo da célula unitária) juntamente com outras propriedades importantes, para os principais compostos binários IV-VI, e também para o fluoreto de bário (BaF 2 ) e o silício (Si), principais substratos utilizados para o crescimento epitaxial dos sais de chumbo. TABELA 2.2 Propriedades gerais dos principais compostos IV-VI, BaF 2 e Si: energia do gap (E g ) a 300 e a 77K, constante de rede (a), densidade (ρ v ), coeficiente de expansão térmico linear (β), massa atômica (M) e temperatura de fusão (T F ). Composto E g 300K (ev) E g 77K (ev) a (Å) ρ v (gcm -3 ) β (10-6 K -1 ) M (g) T F ( C) PbTe 0,319 0,215 6,462 8,16 19,8 334, PbSe 0,278 0,176 6,124 8,15 19,4 286, PbS 0,410 0,307 5,936 7,61 20,3 239, SnTe 0,280 0,210 6,327 6,45 21,0 246, BaF 2 > 8 > 8 6,200 4,83 19,8 175, Si 1,120 1,166 5,431 2,328 2,6 28, Devido à simetria de inversão da estrutura cúbica do sal de rocha em adição aos elementos de simetria da estrutura do sulfeto de zinco (ZnS), a estrutura de bandas dos sais de chumbo (PbTe, PbSe e PbS) apresenta propriedades peculiares e diferentes dos materiais semicondutores mais conhecidos (Dimmock et al., 1964). Os extremos das 35

38 bandas (gap direto) ocorrem no ponto L da zona de Brillouin com as superfícies de energia constante dadas por elipsóides alongados na forma de charutos com o eixo principal na direção <111>. Assim, uma estrutura de muitos vales é formada, sendo um vale longitudinal (paralelo à direção <111>) e três outros vales equivalentes chamados de oblíquos. As bandas de valência e de condução destes compostos são muito simétricas, sendo praticamente a imagem especular uma da outra, o que determina massas efetivas semelhantes entre elétrons e buracos. A relação de dispersão de energiamomento nestas bandas apresenta uma não parabolicidade. Este fato aliado às pequenas energias do gap resulta em massas efetivas pequenas tanto para elétrons como para buracos. Outra característica peculiar dos compostos IV-VI, ao contrário dos outros semicondutores, está no aumento da energia do gap com o aumento da temperatura. O coeficiente de temperatura da energia do gap ( E g / T) para o PbTe é aproximadamente +0,45 mev/k. FIGURA 2.5 Diagrama de fase temperatura versus composição para o composto Pb 1-y Te y (painel esquerdo). Este composto só existe em torno da linha estequiométrica (y = 0,5). O diagrama de fase em torno da região estequiométrica é mostrado em uma escala expandida no painel direito. O diagrama de fase temperatura versus composição y para o composto Pb 1-y Te y é mostrado na Figura 2.5. A região de composição na qual o PbTe pode existir (região de solubilidade) é muito estreita e está representada por uma linha sólida em y = 0,5 no painel esquerdo da Figura 2.5. Este diagrama é típico para todos os sais de chumbo. Esta 36

39 região de solubilidade na vizinhança da composição estequiométrica é mostrada em uma escala expandida para o PbTe no painel inferior da Figura 2.5. Os defeitos pontuais causados por pequenos desvios da estequiometria determinam as propriedades elétricas nestes compostos. De acordo com o modelo de defeitos (Parada, 1971), vacâncias de metal ou de calcogêneo criam níveis ressonantes na banda de valência ou de condução como conseqüência da forte perturbação causada no cristal. Uma vacância de Pb cria dois buracos na banda de valência, levando a um material tipop, e uma vacância de Te cria dois elétrons na banda de condução, formando um material tipo-n. Os átomos intersticiais também podem ser eletricamente ativos, o Pb intersticial contribui com buracos e o Te intersticial é normalmente neutro (Heinrich, 1980). O monitoramento do desvio da estequiometria é, portanto, utilizado para controlar o tipo e a concentração de portadores nestes materiais. Dopagens intrínsecas da ordem de cm -3 são naturalmente obtidas, sendo muito difícil obter materiais com níveis de dopagem menores que cm -3. Como as propriedades elétricas são determinadas por níveis ressonantes dentro das bandas, não há o congelamento de portadores a baixas temperaturas nestes materiais. A concentração de portadores varia muito pouco com a temperatura. Devido a este fato e à alta constante dielétrica, que blinda o espalhamento por impurezas ionizadas, altas mobilidades (10 6 cm 2 /V s) são observadas para o PbTe a baixas temperaturas (T ~ 10K). Um controle da dopagem nestes materiais pode também ser conseguido utilizando dopantes externos. O bismuto na forma do telureto de bismuto (Bi 2 Te 3 ) é usado com sucesso na dopagem do tipo-n, e será muito utilizado neste trabalho. Para dopantes extrínsecos do tipo-p, utiliza-se o tálio (Tl) ou o bário (Ba). 37

40 38

41 CAPÍTULO 3 EPITAXIA DE FEIXE MOLECULAR As camadas epitaxiais e as junções p-n relativas ao desenvolvimento deste trabalho foram crescidas pela técnica de epitaxia de feixe molecular (MBE Molecular Beam Epitaxy) utilizando o sistema MBE para compostos IV-VI instalado no LAS/INPE. Todas as camadas e estruturas foram crescidas sobre substratos de BaF 2 clivados no plano (111). A vantagem na utilização do BaF 2 está na proximidade entre o seu parâmetro de rede e o coeficiente de dilatação térmica em relação aos dos compostos IV-VI (veja Tabela 2.2), além destes substratos serem disponíveis no mercado com uma razoável qualidade cristalina. 3.1 Descrição da Técnica e do Sistema MBE O crescimento por epitaxia de feixe molecular é uma avançada técnica de evaporação de filmes finos em ultra alto vácuo (pressões de fundo da ordem de Torr), onde os elementos constituintes são evaporados de células de efusão altamente estáveis e depositados ordenadamente (epitaxia) em um substrato cristalino aquecido (Springholz, 1993; Herman et al., 1996). Esta técnica permite um controle preciso da espessura (ao nível de uma monocamada atômica), da composição atômica, e de outras propriedades específicas das camadas crescidas. Devido à utilização de obturadores que abrem e fecham rapidamente a saída das células de efusão, multicamadas de diferentes materiais podem ser facilmente crescidas utilizando a técnica MBE, permitindo assim o desenvolvimento de novos materiais. O controle da formação do filme é normalmente realizado in situ através da técnica de difração de elétrons refletidos de alta energia (RHEED - Reflection High Energy Electron Diffraction), que permite investigar a estrutura atômica da superfície e a dinâmica de crescimento das camadas. O diagrama do sistema MBE Riber 32P instalado no LAS/INPE, que é utilizado para o crescimento das amostras de semicondutores do grupo IV-VI, está mostrado na Figura 39

42 3.1. O sistema é constituído de três câmaras: (1) câmara para introdução de substratos e retirada de amostras (load lock) que opera em alto vácuo (cerca de 10-6 Torr) mantido por uma bomba turbo-molecular; (2) câmara de preparação de amostras destinada para limpeza do substrato (pre-baking) e para tratamentos térmicos nas amostras crescidas sob condições de ultra-alto vácuo conservado por uma bomba iônica; (3) câmara principal destinada ao crescimento e mantida a uma pressão da ordem de Torr através de um eficiente sistema de bombeamento composto por uma bomba iônica e de sublimação de titânio, e de um circuito interno refrigerado por nitrogênio líquido funcionando como armadilha para vapores residuais. Um segundo circuito de nitrogênio líquido envolve as células de efusão proporcionando uma isolação térmica entre elas. Este sistema MBE possui ainda os seguintes acessórios: espectrômetro de massa para análise de gás residual até 200 a.m.u.; sistema para difração de elétrons de alta energia (RHEED, 12 kev) para análise dos crescimentos, equipada com câmara de vídeo para a digitalização dos padrões de RHEED para posterior análise; oscilador de quartzo para monitoramento dos fluxos. FIGURA 3.1 Diagrama esquemático do sistema de epitaxia de feixe molecular (MBE) instalado no LAS/INPE para o crescimento de compostos IV-VI: vista de cima mostrando as três câmaras do sistema (à direita), e à esquerda detalhes da câmara principal de crescimento. Na técnica RHEED, um feixe de elétrons de alta energia (10 50 kev) incide em ângulo rasante (< 3 o ) sobre a superfície da amostra e é espalhado sobre uma tela 40

43 fluorescente de fósforo. Devido a bi-dimensionalidade da superfície, os pontos da rede recíproca se transformam em bastões, e os padrões RHEED na tela podem ser entendidos como a interseção destes bastões com a superfície da esfera de Ewald determinada pelo vetor de onda dos elétrons incidentes. A geometria rasante, a alta sensibilidade à superfície e a compatibilidade ao ultra-alto vácuo fizeram da técnica RHEED uma ferramenta indispensável e amplamente utilizada para a investigação in situ dos processos envolvidos no crescimento epitaxial MBE. Através dos padrões RHEED obtidos, o modo e a qualidade do crescimento e a reconstrução da superfície podem ser determinados. Durante este trabalho de mestrado, as células de efusão do sistema MBE contendo PbTe, Te e Bi 2 Te 3 foram usadas para o crescimento das camadas de referência e as junções p-n destinadas à fabricação do fotodiodo detector de infravermelho. O fluxo molecular oriundo de cada célula de efusão é medido separadamente em um monitor de fluxo tipo Bayer-Alpert e é utilizado como principal parâmetro de crescimento, juntamente com a temperatura do substrato. Este monitor de fluxo está localizado no complexo manipulador de amostras, onde também se encontra o sistema para aquecimento do substrato que permite atingir temperaturas de até 1000 o C. O composto Bi 2 Te 3 é utilizado para a dopagem extrínseca tipo-n, tornando possível obter camadas com altas concentrações de elétrons (até cm -3 ). As camadas tipo-p foram obtidas através do controle do desvio da estequiometria variando-se o fluxo de Te adicional. 3.2 Programa de Controle e Aquisição de Dados para o Sistema MBE A principal contribuição realizada durante este trabalho de mestrado para o sistema MBE do LAS/INPE foi o desenvolvimento e a implementação de um programa de controle e aquisição de dados operando em ambiente Windows. O sistema de crescimento MBE Riber 32P foi adquirido pelo LAS/INPE em 1995 juntamente com um programa de controle desenvolvido pelo fabricante Riber em um sistema operacional chamado NextStep. Depois de todos estes anos de operação, o sistema operacional NextStep saiu do mercado e o programa de controle do sistema MBE se tornou obsoleto. Como não possuíamos o código fonte do programa, o 41

44 microcomputador para controle do MBE não podia ser trocado, e qualquer manutenção era complicada e dispendiosa. Além disto, os controladores de temperatura das células de efusão (marca Eurotherm) também passaram a apresentar muitos problemas devido ao tempo de uso. Freqüentemente eles paravam de funcionar, proporcionando um alto custo de manutenção. O grupo de pesquisa do MBE decidiu enfim substituir esses controladores por modelos mais robustos e modernos. Controladores de temperatura da marca Watlow (série 96) foram então adquiridos para substituir os antigos Eurotherm EP9000. Com a substituição dos controladores de temperatura, o programa de controle da Riber no sistema NextStep teve que ser abandonado. Utilizando a experiência adquirida no desenvolvimento dos programas de controle para os sistemas de medidas elétricas (efeito Hall, corrente e capacitância por tensão), descritos no próximo Capítulo, decidimos implementar um programa de controle e aquisição de dados para o sistema MBE desenvolvido para ambiente Windows na plataforma Visual Basic 6.0. O controle do sistema de crescimento MBE é feito através de duas interfaces seriais (RS232), uma para controle de abertura e fechamento dos obturadores das células de efusão e outra para a comunicação com os controladores de temperatura das mesmas. O primeiro passo foi aprender a comunicar com o controlador dos obturadores e desenvolver um programa preliminar para controlá-los. O próximo passo consistiu em aprender a operar e comunicar através da interface serial (RS482/RS232) com os controladores Watlow utilizando o protocolo MODBUS e desenvolver programas testes. Depois de ter dominado a comunicação com o controlador dos obturadores e com os controladores de temperatura, passou-se a desenvolver o programa geral de controle e aquisição de dados para o nosso sistema MBE. Para se chegar a um programa amigável aos usuários, os diversos pesquisadores/operadores da máquina foram consultados sobre as suas necessidades. O formulário do programa implementado em Visual Basic na sua versão atual é mostrado na Figura 3.2. O programa permite ler e escrever os parâmetros do controlador de temperatura de todas as células de efusão instaladas, do manipulador de amostra e do 42

45 forno da câmara de preparação. A cada controlador é associada uma cor para facilitar a visualização no formulário. Os obturadores das células de efusão podem ser abertos ou fechados a qualquer momento, clicando nos botões da coluna Sh do quadro Parameters Table. A temperatura desejada para cada célula pode ser mudada, escrevendo-se o valor nas caixas da coluna SetPoint e clicando duas vezes. As temperaturas medidas são dispostas em tempo real na coluna Measure. A porcentagem da potência máxima que cada controlador está enviando é mostrada em tempo real na coluna %Power. FIGURA 3.2 Formulário do programa de controle e aquisição de dados desenvolvido para o sistema de crescimento epitaxial por feixe molecular. Os parâmetros da malha de controle podem ser modificados e lidos no quadro EffusionCell. Para acessar cada controlador basta clicar no nome da célula na coluna Name do quadro Parameters Table. Os seguintes parâmetros podem ser controlados: banda proporcional (P), tempo integral (I), taxa derivativa (D), o set point máximo e mínimo, a máxima potência enviada pelo controlador (Pmax). Além disto, pode-se colocar ou retirar o controlador do modo de auto-sintonia clicando no botão Auto Tune, 43

46 e programar rampas e patamares para cada célula. Cada mudança realizada é mostrada no quadro Register List juntamente com o horário exato em que a mudança foi realizada. No quadro Chart, todas as temperaturas são mostradas no gráfico em função do tempo, a partir do momento que se inicia o programa. Os valores de temperatura e tempo das últimas duas horas podem ser armazenados. As curvas podem ser dispostas com pontos ou linhas, com grade ou sem grade e ampliações no gráfico podem ser obtidas a qualquer momento. Um programa para crescimento de multicamadas, onde o tempo e o número de aberturas dos obturadores das células desejadas podem ser estipulados, também foi desenvolvido. Este programa permite o crescimento de estruturas mais complexas, que não são objetos de estudo neste trabalho, mas de outros pesquisadores do grupo. O desenvolvimento do código fonte em Visual Basic do programa de controle e aquisição de dados proporciona uma grande autonomia na operação do sistema MBE. Como se trata de um desenvolvimento próprio, a instalação de novos equipamentos no MBE fica agora possível de ser realizada, além de permitir atualizações e adaptações no programa. 44

47 CAPÍTULO 4 TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO DAS CAMADAS Antes do crescimento das junções p-n para a confecção do dispositivo final é necessário caracterizar as camadas de referência crescidas no MBE. Neste Capítulo são descritas as técnicas de medidas de espessura, resistividade e efeito Hall. 4.1 Medidas de Espessura A espectroscopia de transformada de Fourier no infravermelho é tradicionalmente usada para a caracterização óptica em compostos IV-VI que possuem a energia do gap estreita. Os espectros de transmissão e/ou reflexão são normalmente utilizados para a determinação da espessura e da energia do gap em camadas epitaxiais simples destes materiais. O valor da espessura das camadas é um parâmetro importante utilizado durante o cálculo das medidas de resistividade e efeito Hall. Como a amostra tem que ser processada após a determinação da sua espessura, a técnica de espectroscopia de Fourier se mostrou vantajosa por ser uma técnica de medida não destrutível. O espectrofotômetro de transformada de Fourier no infravermelho (Perkin-Elmer - FTIR 1600) mede em uma faixa espectral entre 4500 e 450 cm -1 e possui o acessório de refletância especular de ângulo variável. Para todas as medidas de refletância foi escolhido o ângulo θ = 45º. A Figura 4.1 mostra, como exemplo, o gráfico da refletância em função do número de onda, medido neste equipamento, para uma camada de PbTe crescida por MBE sobre BaF 2. Observa-se nitidamente no espectro quatro franjas de interferências bem definidas, mostrando a qualidade óptica das camadas crescidas. A espessura t do filme é determinada através da separação em número de onda ( k) entre m mínimos (ou máximos) das franjas de interferência observadas no espectro de reflexão, conhecendo-se o índice de refração do material (n r ) no comprimento de onda utilizado na medida. 45

48 A relação abaixo é então utilizada para determinar a espessura t m t = (4.1) k n sen θ r No espectro de reflexão da Figura 4.1, o primeiro mínimo se encontra em 2661cm -1 e o último mínimo em 636 cm -1, dando um valor k = 2025 cm -1 e m = 4. Como o índice de refração do PbTe nesta faixa de freqüência é n r = 5,73 e o ângulo de incidência utilizado foi θ = 45º, obtém-se através da Equação 4.1 uma espessura t de 1,74 µm para esta camada de PbTe. A espessura de todas as camadas de PbTe crescidas foi determinada utilizando este procedimento. 80 Reflexão (%) Número de onda (cm -1 ) FIGURA 4.1 Espectro de reflexão de um filme de PbTe crescido sobre BaF 2 obtido por medidas no FTIR. A espessura do filme é obtida através da separação entre os extremos das franjas de interferência observadas no espectro, conhecendo-se o índice de refração do material. Outra técnica utilizada durante deste trabalho para a determinação de espessuras foi a perfilometria. O perfilômetro é um equipamento de medida que gera um perfil da superfície da amostra. Uma ponta (stylus) toca a superfície da amostra e corre através de uma largura pré-definida. Esta ponta está presa a um braço que é conectado a um cristal piezelétrico. A variação de altura na ponta é medida pela variação do sinal elétrico no cristal. O equipamento utilizado para esta medida foi o perfilômetro Alpha-Step 500 da 46