Efeitos da irradiação de elétrons em filmes finos de ouro

Abstract

O estudo de materiais nanoscópicos tem se tornado crucial para o entendimento de suas propriedades físicas, que podem se mostrar escalonáveis com o tamanho e serem interessantes para novas aplicações. A irradiação com feixes de elétrons é uma das técnicas de modificação de materiais que permite chegar a resultados semelhantes aos obtidos por aquecimento em alguns processos, como por exemplo, o processo de aglomeração térmica (dewetting) de filmes finos. Este trabalho apresenta um estudo sobre os efeitos da irradiação com elétrons em filmes finos de Au depositados sobre Si3N4/SiO2 submetidos à irradiação com elétrons de 200 keV e são mostrados alguns resultados obtidos via simulação de dinâmica molecular. A preparação das amostras foi realizada através de magnetron sputtering, e as mesmas foram caracterizadas utilizando técnicas de análise como Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM). Os resultados mostram que o processo de dewetting induzido por irradiação de elétrons se desenvolveu de acordo com as forças motrizes termodinâmicas dependentes das características da microestrutura. Além disso, foi possível estimar as energias de migração térmica de átomos de Au bem como a energia de deslocamento de átomos na superfície. É discutido um novo método para investigação do comportamento atômico através do fluxo atômico de superfície considerando sua componente balística e sua componente térmica, que é dependente do coeficiente de difusão na superfície. A simulação de dinâmica molecular permitiu uma visão mais ampla do comportamento dos átomos de ouro na superfície e se mostrou consistente com os resultados obtidos experimentalmente. O trabalho também revela um novo método para investigar o comportamento dos átomos da superfície e promover modificações microestruturais em temperatura ambiente ou inferior.

The study of nanoscopic materials has become crucial for the understanding of their physical properties and is interesting for new applications. Irradiation with electron beams is one of the techniques for materials modification that allows achieving results similar those obtained by thermal agglomeration process of thin films. This work presents a study on the effects of electron irradiation on Au thin films deposited on Si3N4/SiO2 subjected to irradiation with electrons of 200 keV and some results obtained by molecular dynamics simulation are shown. The samples were characterizated using Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) and Transmission Electron Microscopy (TEM). The results show that the process of dewetting induced by electron irradiation developed according to the thermodynamic driving forces and is dependent on the microstructure characteristics. Furthermore, it was possible to estimate the thermal migration energy of Au atoms and the displacement energy of surface atoms. A new method for investigating atomic behavior through surface atomic flux is discussed, considering its ballistic and thermal components. The molecular dynamics simulation allowed other view of the behavior of Au atoms on the surface and proved to be consistent with experimental results. The work also reveals a new method for investigating the behavior of surface atoms and promoting microstructural changes at room temperature or below.