Submitted by Nilton Francelosi Azevedo Neto (nilton@fc.unesp.br) on 2018-11-22T13:54:33Z No. of bitstreams: 1 Azevedo Neto- Tese POSMAT-2018.pdf: 3312025 bytes, checksum: 69a53514543bbe65b47c2fd62ddb6168 (MD5) / Approved for entry into archive by Lucilene Cordeiro da Silva Messias null (lubiblio@bauru.unesp.br) on 2018-11-22T16:48:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 azevedoneto_nf_dr_bauru.pdf: 3312025 bytes, checksum: 69a53514543bbe65b47c2fd62ddb6168 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-22T16:48:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 azevedoneto_nf_dr_bauru.pdf: 3312025 bytes, checksum: 69a53514543bbe65b47c2fd62ddb6168 (MD5) Previous issue date: 2018-09-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A motivação para este trabalho foi buscar uma melhor compreensão sobre o processo de crescimento dos filmes de óxido de cobalto pela técnica de DC magnetron sputtering reativo. Os filmes de interesse foram depositados sobre substratos de sílica amorfa (a -SiO2 ), aluminato de lantânio (LaAlO3 ) e safira - c (Al2O3- c) usando diferentes valores de potência de deposição e fluxo de oxigênio . As condições de crescimento dos filmes foram analisadas utilizando simulação computacional do processo de sputtering reativo baseada no modelo de Depla, medidas da emissão óptica das espécies presentes no plasma e monitor amento da taxa de crescimento através de uma microbalança de quartzo. Os resultados de difração de raios X mostraram que em baixa potência é obtida a fase Co3O4 espinélio, enquanto que em alta potência os filmes apresentaram a fase CoO cúbica . A s simulações computacionais do processo de sputtering reativo indicaram que , quando as potências de deposição são baixas, o processo de crescimento dos filmes ocorre com o alvo no regime “envenenado” . Em contraste, altas potencias favorece m o regime metálico do alvo. Medidas de emissão do plasma de deposição mostraram que em baixa potência de deposição a intensidade da linha de emissão do oxigênio é alta , porém com o aumento da potência sua intensidade diminui e a d a linha do cobalto aumenta. O s filmes de Co 3 O 4 depositados sobre substratos cristalinos apresentaram resultados promissores . Medidas de difração de raios X de alta resolução , utilizando radiação síncrotron , indicaram que a deposição do Co 3 O 4 sobre Al2O3 - c resultou em crescimento epitaxial na qual a direção [ 111] do cristal de Co 3 O 4 é perpendicular à superfície do substrato de safira - c (0001). Enquanto que a deposição sobre LaAlO 3 resultou em crescimento com forte textura de orientação, com as direções [220] e [400] perpendiculares à superfície dos substratos . Os espectros Raman dessas amostras apresentaram picos de vibração bem definidos e característicos da fase Co 3 O 4 e a análise do Raman polarizado do s filmes de Co 3 O 4 sobre Al 2 O 3 - c concorda m com as regras de seleção para a orientação [111] . Para os filmes c om fase Co 3 O 4 , medidas de transmitância na região do UV - Vis - NIR mostraram alta absorção na região do visível e bandas de absorção no infravermelho próximo relacionadas a transições eletrônicas dos íons de Co 2+ e Co 3+ . Para esse crescimento observou - se também resposta intensa de fotocondutividade com exc itação em 405 nm e 532 nm em 10 K. Testes preliminares de fotocatálise indicaram que os filmes de Co 3 O 4 produzidos possuem uma pequena atividade fotocatalítica para degradação do corante Rodamina B. Neste trabalho uma correlação direta entre as condições de crescimento e as mudança s de fase do s filmes foi obtida, demonstrando a versatilidade da técnica de sputtering para crescimento de filmes de óxido de cobalto para estudos científicos e aplicações tecnológicas. / The motivation for this work was to obtain a better understanding of the growth process of cobalt oxides by the DC magnetron reactive sputtering technique. The films were dep osited on amorphous silica (a-SiO2), lanthanum aluminate (LaAlO3) and sapphire-c (c-Al2O3) substrates using different values of deposition power and oxygen flow. The conditions of growth of the films were analyzed using the optical analysis of the species present in the plasma and the monitoring of the growth rate through a quartz microbalance. The X-ray diffraction results showed that at lower powers the Co3O4 phase was obtained, while at high er power s the films presented the CoO cubic phase. The computational simulations of the reactive sputtering process indicated that, at low deposition power, the gro wth process of the films occurs with the target in the "poisoned" regime, while in high powers it favors the metallic regime of the target. Plasma emission measurements showed that at low deposition power the oxygen intensity is high while at high power it s intensity decreases and that of cobalt increases. The Co 3 O 4 films deposited on crystalline substrates showed promising results. High - resolution X-ray diffraction measurements using synchrotron radiation indicated that the deposition of Co3O4 on c-Al2O3 resulted in epitaxial growth , in which the direction [111] is perpendicular to the surface of the c - sapphire (0001) substrates. However, the deposition on LaAlO 3 resulted in growth with strong texture in the directions [220] and [400]. The Raman spectra of these samples showed well - defined vibration peaks characteristic of the Co3O4 phase . The polarized Raman analysis of Co 3 O 4 deposited on c-Al2O3 agrees with the selection rules for the [111] orientation, in agreement with the high resolution X-ray diffraction analysis . In the optical transmittance measurements , t he films with Co 3 O 4 phase displayed high absorption bands in the region of the visible and near - infrared . These bands are related to el ectronic transitions of the Co2+ and Co3+ ions. For these films , strong photoconductivity responses were observed for excitations at 405 nm and 532 nm at 10 K . Preliminary photocatalysis tests indicated that the Co3O4 films produced by sputtering have a small photocatalytic activity for Rhodamine B (RhB) dye degradation. Concluding , a direct correlation between the growth conditions and the phase changes of the films was obtained, demonstrating the versatility of the sputtering technique for the growth of cobalt oxide films for scientific studies and technological applications.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 9771925 bytes, checksum: 18e09223967768516f9115888a6485b4 (MD5) Previous issue date: 2013-02-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The ability to manipulate the adsorption process is very desirable. The possibility of understanding and eventually modifying the underlying mechanism is an intriguing task in fundamental physics as well as useful for applications. Indeed, the ability to control the adsorption processes is motivated by the control of thin film growth, by exploring ways to transfer patterns to a surfaces in development of microelectronics, as well as by constructing nanometer-scaled structures which are very important in the development of quantum devices. A first theoretical proposal (De Silans et al. 2006) has been done on controlling the adsorption of cold alkali atoms in dielectric surfaces using laser light. In 2007, Balykin and co-workers (Afanasiev et al. 2007) demonstrated laser-induced adsorption of hot atoms on a surface. They reported that sending a powerful near resonant laser to the interface between a dielectric surface and an alkali vapour leads to the formation of a metallic thin film, and demonstrated the possibility of using such a technique for sub-micrometer lithography. The aim of this work is to systematically study the process of laser induced hot atomic cesium vapor adsorption so as to understand the underlying mechanism as well as to control the process. We monitor the rate of a thin film growth during an induced adsorption process onto a characterized crystalline surface (sapphire) for a prescribed set of experimental conditions in order to be able to decipher, at the atomic level, the rules governing the evolution of the growth (physisorption or chemisorption), and to explore ways to tailor the film shape (lithography). To probe the film growth, we detect the transmission of a He:Ne laser, thus monitoring the time evolutionof the film's thickness. In this way we obtain the growth rate as a function of experimental parameters (vapour density, laser frequency and power and surface temperature). The data obtained we used to model the physical processes involved in the light-induced adsorption. / A compreensão do mecanismo de adsorção tem sua importância tanto do ponto de vista fundamental, no que concerne a identificação das interações átomo e superfície, como também tem um forte apelo tecnológico. Controlar o processo de adsorção é motivado, por exemplo, pelo controle do crescimento de filmes finos, explorando maneiras de transferir padrões espaciais para uma superfície particularmente visando á litografia, com aplicações evidentes em microeletrônica. Com essa motivação geral estudamos nessa tese processos de interação de átomos com superfícies dielétricas na presença de lasers ressonantes. Uma primeira proposta de um mecanismo para controlar, via laser, o processo de adsorção de átomos alcalinos frios em uma superfície dielétrica foi apresentado em (De Silans et al. 2006). Em 2007, Balykin e colaboradores (Afanasiev et al. 2007) observaram o processo de adsorção de átomos alcalinos de um vapor térmico sobre uma superfície dielétrica. Eles relataram que incidindo um laser quase ressonante na interface dielétrico vapor alcalino formava-se um filme fino metálico e demonstram também a possibilidade de usar tal técnica para litografia sub-micrométrica. O objetivo desse trabalho é estudar sistematicamente o processo de adsorção induzida por laser de vapor atômico de césio térmico em uma superfície dielétrica, para compreender o mecanismo do processo que abre a possibilidade do controle desse processo de litografia. Desta forma, nós monitoramos a taxa de crescimento do filme em uma superfície de safira para um conjunto de condições experimentais com a finalidade de ser capaz de decifrar, no nível atômico, as regras que governam o crescimento do filme, e explorar maneiras de manipular o perfil do filme. Para sondar o crescimento do filme, nós monitoramos a transmissão de um laser não ressonante. Desta maneira, obtemos a taxa de crescimento do filme em função dos parâmetros experimentais (densidade do vapor, frequência e potência do laser e a temperatura da superfície). Os dados obtidos foram usados para modelar o processo físico envolvido, que nos permite descrever de forma bastante completa, as etapas desse processo de adsorção induzida por laser. Além desse estudo sistemático da adsorção induzida por laser, fizemos durante o desenvolvimento desse trabalho uma série de estudos de técnicas para a estabilização de laser semicondutores em uma transição atômica.