@PhDThesis{Suela:2013:CrCaFi,
author = "Suela, Jefferson",
title = "Crescimento e caracteriza{\c{c}}{\~a}o de filmes finos de
fluoretos II-A sobre substrato de sil{\'{\i}}cio [111]",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2013",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2013-03-15",
keywords = "Fluoreto de c{\'a}lcio, sil{\'{\i}}cio, epitaxia de feixe
molecular, propriedades estruturais, propriedades de
superf{\'{\i}}cie, calcium fluoride, silicon, molecular beam
epitaxy, strutural proprieties, surface properties.",
abstract = "Neste trabalho, fizemos um estudo detalhado das propriedades
estruturais e de superf{\'{\i}}cie de filmes de CaF\$_{2}\$ e
da estrutura BaF\$_{2}\$ /CaF\$_{2}\$ crescidos sobre
substratos de Si(111) por epitaxia de feixe molecular. Ao todo
foram crescidas tr{\^e}s s{\'e}ries de amostras de CaF\$_{2}\$
, sendo duas de filmes com espessura de 30 nm e uma com espessura
de 10 \textit{nm}, al{\'e}m de uma s{\'e}rie de amostras de
BaF\$_{2}\$ /CaF\$_{2}\$ com 260 \textit{nm} de BaF\$_{2}\$
e 10 nm de CaF\$_{2}\$ , em temperaturas de substrato variando
de 400 a 700 \$°\$C. Medidas \textit{in situ} de
difra{\c{c}}{\~a}o de el{\'e}trons de alta energia refletidos
(RHEED) indicam que os filmes de CaF\$_{2}\$ com
superf{\'{\i}}cie menos rugosa s{\~a}o obtidos no intervalo de
temperatura de 525 a 550 \$°\$C e de 620 a 700 \$°\$C,
enquanto em temperaturas entre 400 e 500 \$°\$C e em torno de
600 \$°\$C existem ilhas orientadas de forma aleat{\'o}ria
sobre os filmes. Os resultados da investiga{\c{c}}{\~a}o por
microscopia de for{\c{c}}a at{\^o}mica (AFM) est{\~a}o em
acordo com as medidas de RHEED confirmando a presen{\c{c}}a das
ilhas sobre os filmes de CaF\$_{2}\$ , com uma evidente
transi{\c{c}}{\~a}o na vizinhan{\c{c}}a de 600 \$°\$C. Os
valores da rugosidade m{\'e}dia determinada a partir das imagens
de AFM apresentam valor m{\'{\i}}nimo abaixo de 1 \textit{nm}
para o filme de CaF\$_{2}\$ com superf{\'{\i}}cie mais lisa.
As curvas de refletividade de raios X de todas as amostras de
CaF\$_{2}\$ apresentam franjas de interfer{\^e}ncia bem
definidas e o comportamento da amortiza{\c{c}}{\~a}o das franjas
corrobora as medidas de RHEED e AFM. A espessura e a rugosidade
dos filmes de CaF\$_{2}\$ foram determinadas de forma bastante
acurada atrav{\'e}s de um procedimento de melhor ajuste da curva
calculada aos dados medidos. A caracteriza{\c{c}}{\~a}o
estrutural dos filmes de CaF\$_{2}\$ por difra{\c{c}}{\~a}o de
raios X s{\'o} foi poss{\'{\i}}vel utilizando
radia{\c{c}}{\~a}o s{\'{\i}}ncrotron. Varreduras
\$\omega\$- 28 na configura{\c{c}}{\~a}o co-planar em torno
do pico de Bragg (111) do CaF\$_{2}\$ mostraram que os filmes
crescidos a 400 e 450 \$°\$C est{\~a}o quase que totalmente
relaxados enquanto que os filmes crescidos em temperaturas maiores
que 500 \$°\$C absorvem todo ou grande parte do \textit{strain}
t{\'e}rmico. As varreduras \$\omega\$- 28 na
configura{\c{c}}{\~a}o de incid{\^e}ncia rasante em torno do
pico de Bragg (22- 0) mostram que o pico referente ao
CaF\$_{2}\$ (2\={2} 0)sofre uma divis{\~a}o que se acentua com
o aumento da temperatura de crescimento a partir de 500 \$°\$C
ou com o aumento da espessura do filme de 10 para 30 \textit{nm}.
Medidas de difra{\c{c}}{\~a}o de el{\'e}trons transmitidos
indicaram a presen{\c{c}}a de cristalitos girados dentro da
camada de CaF\$_{2}\$ e esses cristalitos foram observados em
imagens de microscopia eletr{\^o}nica de transmiss{\~a}o de alta
resolu{\c{c}}{\~a}o, tornando poss{\'{\i}}vel dizer que a
abertura no pico de difra{\c{c}}{\~a}o (2\={2} 0) do
CaF\$_{2}\$ {\'e} devido {\`a} presen{\c{c}}a desses
cristalitos. A an{\'a}lise da superf{\'{\i}}cie dos filmes de
BaF\$_{2}\$ por RHEED mostrou que as amostras mais planas foram
as crescidas nas temperaturas de 550 e 600 \$°\$C e que a
amostra mais rugosa foi a crescida a 400 \$°\$C. As medidas de
AFM no filmes de BaF\$_{2}\$ mostraram que o filme menos rugoso
foi o crescido a 550 \$°\$C. As varreduras \$\omega\$ - 28 em
torno do pico de Bragg (111) do BaF\$_{2}\$ indicam que os
filmes de BaF\$_{2}\$ praticamente n{\~a}o est{\~a}o
tensionados, enquanto as varreduras em \$\omega\$ mostram que o
pico com menor largura a meia altura {\'e} o referente a amostra
crescida a 400 \$°\$C. Os resultados desse trabalho fornecem as
bases para a utiliza{\c{c}}{\~a}o das camadas
intermedi{\'a}rias de fluoretos II-a no crescimento de filmes
semicondutores de compostos II-VI e IV-VI sobre sil{\'{\i}}cio.
ABSTRACT: This work reports on a detailed study of the structural
and surface properties of CaF\$_{2}\$ thin films and of
BaF\$_{2}\$/CaF\$_{2}\$ stack grown on (111) Si substrates by
molecular beam epitaxy. Three series of CaF\$_{2}\$ films (30
and 10 nm thick) and one BaF\$_{2}\$/CaF\$_{2}\$ series (260
\textit{nm} of BaF\$_{2}\$ and 10 \textit{nm} of
CaF\$_{2}\$) were grown at substrate temperatures from 400 to
700 \$°\$C. In situ reflection high energy electron diffraction
(RHEED) analysis indicated that CaF\$_{2}\$ films with smooth
surfaces are obtained in temperature ranges of 500 - 550 \$°\$C
and 620 - 700 \$°\$C, while at temperatures from 400 to 500
\$°\$C and in the vicinity of 600 \$°\$C the films show grains
randomly oriented on top of the surface. Atomic force microscopy
(AFM) investigation corroborated with the RHEED results and
confirmed the presence of grains on the film surface, with an
evident transition near 600 \$°\$C. The arithmetical average
roughness of the CaF\$_{2}\$ surface obtained from the AFM
images remained below 1 \textit{nm} for the smoothest films. The
x-ray reflectivity curves of all samples exhibited well-defined
interference fringes, whose oscillations damping behavior agreed
with the RHEED and AFM results. The CaF\$_{2}\$ layer thickness
and roughness were accurately determined by a best fit procedure
applied to the x-ray reflectivity data. The structural
characterization of the CaF2 films by x-ray diffraction was only
obtained using synchrotron radiation. \$\omega\$ - 28 scans in
co-planar configuration around (111) diffraction Bragg peak
indicated that CaF\$_{2}\$ films grown at 400 and 450 \$°\$C
temperatures are almost fully relaxed, while films grown at
substrate temperatures higher than 500 °C accumulated all or part
of the thermal strain. According to \$\omega\$ - 28 scans in
grazing incidence diffraction configuration, the (2\={2}0)
CaF\$_{2}\$ Bragg peak splits into two or more peaks. This
splitting is more evident for higher growth temperatures or
thicker layers. Transmitted electron diffraction showed rotated
crystallites inside the CaF\$_{2}\$ layers that were clearly
seen in a high resolution transmission electron microscopy image.
The splitting of the (2\={2}0) CaF\$_{2}\$ diffraction peak is
probably due to these rotated crystallites. RHEED analysis of the
BaF\$_{2}\$ surface showed that the smoothest films were
obtained at growth temperatures of 550 \$°\$C and 600 \$°\$C
and the roughest one at 400\$°\$C. AFM images of the
BaF\$_{2}\$ samples indicated that the smoothest film was grown
at 550 \$°\$C. \$\omega\$ - 28 scans around the (111) Bragg
peak demonstrated that the BaF\$_{2}\$ films are almost
completely relaxed, while \$\omega\$-scans showed that the
samples with narrowest Bragg peak was grown at 400 \$°\$C. The
results of this work give the basis for using II-a fluoride
intermediate layers at the growth of II-VI and IV-VI semiconductor
films on silicon.",
committee = "Abramof, Eduardo (presidente/orientador) and Rappl, Paulo Henrique
de Oliveira and Boschetti, C{\'e}sar and Ferreira, Sukarno Olavo
and Dami{\~a}o, {\'A}lvaro Jos{\'e}",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Grown and characterization of II-A fluoride thin films on (111)
silicon substrates",
language = "pt",
pages = "164",
ibi = "8JMKD3MGP7W/3E52T5L",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP7W/3E52T5L",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "2024, May 19"
}