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Controle dos parâmetros de deposição de filmes hetero-epitaxiais de GaN e Ga(1-x)Mn(x)N preparados por RF magnetron sputtering

Processo: 05/02249-0
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de fevereiro de 2006 - 31 de agosto de 2009
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
Pesquisador responsável:Jose Humberto Dias da Silva
Beneficiário:Jose Humberto Dias da Silva
Instituição-sede: Faculdade de Ciências (FC). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Bauru. Bauru , SP, Brasil
Bolsa(s) vinculada(s):06/05384-8 - Controle efetivo dos parâmetros de deposição de filmes hetero epitaxiais de GaN e Ga(1-x)Mn(x)N preparados por RF magnetron sputtering, BP.TT
06/00429-3 - Controle dos parâmetros de deposição de filmes hetero-epitaxiais de GaN e Ga(1-x)Mn(x)N preparados por RF magnetron sputtering, BP.TT
Assunto(s):Deposição de filmes finos  Semicondutores  Pulverização catódica 

Resumo

Os filmes de GaN lideram atualmente as pesquisas e o desenvolvimento de novas aplicações em dispositivos semicondutores, enquanto filmes de Ga(1-x)Mn(x)N (x entre 0,03 e 0,07) são promissores candidatos para o desenvolvimento de dispositivos com controle de spin (spintrônica). Isto torna interessante a produção destes filmes e o desenvolvimento dos seus métodos de crescimento. Relatos da literatura dos três últimos anos vêm mostrando que a técnica de RF magnetron sputtering pode produzir filmes hetero-epitaxiais de GaN de alta qualidade estrutural, colocando-a como uma alternativa simples às técnicas mais elaboradas como a deposição de vapor químico a partir metalorgânicos (MOCVD), e a epitaxia por feixe molecular assistida por plasma (PAMBE). Além da simplicidade com que os filmes de GaN podem ser crescidos, a técnica de RF magnetron sputtering apresenta compatibilidade com uso de menores temperaturas de substrato, permite a escolha de utilizar ou não hidrogênio no processo de deposição, e facilita a introdução de quantidades controladas de Mn na preparação de Ga(1-x)Mn(x)N.Neste trabalho estamos interessados em produzir filmes semicondutores de GaN e Ga1-xMnxN pela técnica de RF magnetron sputtering com efetivo controle dos parâmetros de deposição. Os principais parâmetros de interesse são: temperatura e polarização dos substratos, pressão total, pressões parciais dos gases e precursores, emissão óptica dos componentes do plasma, e tensão de auto-bias do alvo. Para isto um sistema de sputtering anteriormente construído será complementado com novo porta-substratos, espectrômetro de massa, e espectrômetro de emissão óptica. O maior controle dos parâmetros de deposição e a obtenção de informações mais detalhadas sobre o crescimento dos filmes, possibilitarão melhor entendimento sobre os mecanismos de crescimento e o controle efetivo sobre as propriedades físicas dos filmes produzidos. Substratos de GaAs(111), safira (0001) e safira (1-210) serão testados nos crescimentos, juntamente as modificações dos parâmetros. Testes realizados em nosso laboratório com as condições possíveis atualmente em nosso sistema mostraram que os filmes de GaN e Ga(1-x)Mn(x)N produzidos são policristalinos e apresentam estrutura wurtzita. Os filmes foram depositados sobre Si(111) e Si(100) a temperaturas entre 60 e 150ºC, usando uma linha de nitrogênio e alvo de Ga improvisados. Os tamanhos médios dos cristalites são da ordem de 15 nm. Os filmes obtidos apresentam excelentes propriedades mecânicas e ópticas, porém permanecem paramagnéticos até temperaturas de 2K. Medidas preliminares de EXAFS nestes filmes indicam que não há formação de clusters de Mn e que a estrutura local do Mn é substitucional ao Ga, ou seja, é similar àquela ocupada em filmes com propriedades ferromagnéticas, sendo a ausência de ordenamento ferromagnético provavelmente devida aos defeitos estruturais. O trabalho tem potencial para inovar as técnicas existentes, pela utilização de co-sputtering para incorporar Mn ao Ga(1-x)Mn(x)N.Nosso objetivo é a produção por RF magnetron sputtering de filmes hetero-epitaxiais de GaN e Ga(1-x)Mn(x)N sobre GaAs(111) e safira, com baixa densidade de defeitos e alto grau de homogeneidade. Visamos também o entendimento da influência dos principais parâmetros de deposição sobre a estrutura e as propriedades eletrônicas, ópticas, e magnéticas dos filmes produzidos. Como aplicação dos filmes otimizados, avaliaremos a qualidade destes filmes com vistas à preparação de semicondutores magnéticos diluídos. (AU)

Publicações científicas (6)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
ANGELICO, JOAO C.; PEREIRA, ANDRE L. J.; DE ARRUDA, LARISA B.; DIAS DA SILVA, JOSE H. Electrical transport mechanisms and structure of hydrogenated and non-hydrogenated nanocrystalline Ga1-xMnxAs films. Journal of Alloys and Compounds, v. 630, p. 78-83, MAY 5 2015. Citações Web of Science: 2.
SCHIABER, ZIANI S.; LEITE, DOUGLAS M. G.; BORTOLETO, JOSE R. R.; LISBOA-FILHO, PAULO N.; DA SILVA, JOSE H. D. Effects of substrate temperature, substrate orientation, and energetic atomic collisions on the structure of GaN films grown by reactive sputtering. Journal of Applied Physics, v. 114, n. 18 NOV 14 2013. Citações Web of Science: 7.
LEITE, D. M. G.; PEREIRA, A. L. J.; IWAMOTO, W. A.; PAGLIUSO, P. G.; LISBOA-FILHO, P. N.; DA SILVA, J. H. D. Magnetic characteristics of nanocrystalline GaMnN films deposited by reactive sputtering. SOLID STATE SCIENCES, v. 17, p. 97-101, MAR 2013. Citações Web of Science: 1.
GOMES, M. C.; LEITE, D. M. G.; SAMBRANO, J. R.; DIAS DA SILVA, J. H.; DE SOUZA, A. R.; BELTRAN, A. Thermodynamic and electronic study of Ga-1 _ xMnxN films. A theoretical study. Surface Science, v. 605, n. 15-16, p. 1431-1437, AUG 2011. Citações Web of Science: 3.
LEITE, D. M. G.; LI, T.; DEVILLERS, T.; SCHIABER, Z. S.; LISBOA-FILHO, P. N.; BONANNI, A.; DIAS DA SILVA, J. H. Columnar microstructure of nanocrystalline Ga1-xMnxN films deposited by reactive sputtering. Journal of Crystal Growth, v. 327, n. 1, p. 209-214, JUL 15 2011. Citações Web of Science: 7.
PEREIRA, ANDRE L. J.; DA SILVA, J. H. DIAS. Disorder effects produced by the Mn and H incorporations on the optical absorption edge of Ga1-xMnxAs:H nanocrystalline films. Journal of Non-Crystalline Solids, v. 354, n. 52-54, p. 5372-5377, DEC 15 2008. Citações Web of Science: 7.

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