Orientador: Monica Alonso Cotta / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-26T18:23:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bortoleto_JoseRobertoRibeiro_M.pdf: 4248819 bytes, checksum: 00f2488236012de0fe573b693c93b1be (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Apresentamos nesta tese o estudo da dinâmica de crescimento de filmes homoepitaxiais de InP crescidos pela técnica de Epitaxia por Feixe Químico (CBE) em função da temperatura e do tipo de substrato de InP(100). A investigação topográfica foi realizada no espaço real por meio da técnica de microscopia de força atômica. As imagens topográficas dos filmes foram analisadas utilizando os conceitos de comportamento de escala e os respectivos expoentes críticos. Nossos resultados experimentais mostram que, dentro da faixa usual de temperatura empregada na técnica CBE, a morfologia superficial dos filmes homoepitaxiais de InP pode variar de tridimensional (3D) a bidimensional (2D), passando por uma estrutura 3D alongada particular.Esta estrutura aparece somente em determinadas condições de crescimento (fluxo de precursores e temperatura) e suas características são sensíveis ao tipo de substrato empregado. Além disso, observamos várias etapas na evolução da morfologia da superfície do filme durante o crescimento CBE. O emprego da Teoria Contínua e os resultados de comportamento de escala obtidos experimentalmente, possibilitaram determinar os principais processos microscópicos superficiais envolvidos na formação dos filmes de InP(100) e propiciaram a dedução de uma equação contínua de crescimento, capaz de descrever qualitativamente a dinâmica de crescimento destes filmes. Nesta equação foram incluídos os mecanismos microscópicos de deposição e difusão superficial com bias espacial / Abstract: In this work we study the growth dynamics of homoepitaxial InP(100) fi1ms obtained by Chemical Beam Epitaxy (CBE) and its dependence on temperature and type of substrate used. The topography of the samples was measured by Atomic Force Microscopy and analyzed using fractal and scaling concepts. Our experimental results show that, for the growth temperature range used in the CBE technique, the surface morphology of InP films can vary from three-dimensional (3D) to two-dimensional (2D), with an intermediate 3D structure elongated along particular directions. This structure is formed only for a particular set of growth conditions (precursor flows and temperature); its characteristics depend on the type of substrate used for growth. We also report here the several stages observed in the evolution of the InP surface morphology during CBE growth. Using Continuum Theory, we considered the critical exponents observed experimentally to propose an equation that qualitatively describes the growth dynamics of InP films. This equation includes deposition and surface diffusion with a spatial bias as the most relevant microscopic processes during InP growth / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Monica Alonso Cotta / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:49:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bortoleto_JoseRobertoRibeiro_D.pdf: 16802950 bytes, checksum: 1ef2bf92db0b00f30e5db9c5e3e3f34d (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho estudamos os mecanismos de crescimento durante a epitaxia de estruturas III-V baseadas na liga InP. Em particular, o principal objetivo foi correlacionar os mecanismos cinéticos durante a nucleação de nanoestruturas auto-formadas com as propriedades estruturais da camada que serve de substrato. Todas as amostras foram crescidas usando um sistema de epitaxia por feixe químico (CBE). De forma geral as amostras foram caracterizadas usando microscopia de força atômica (AFM), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), difração de elétrons de alta energia (RHEED) e difração de raios-X. Na primeira parte deste trabalho correlacionamos as mudanças morfológicas nos filmes homoepitaxiais de InP com o padrão de RHEED exibido durante o crescimento epitaxial. Mostramos que as mudanças morfológicas de 3D para 2D com os parâmetros de crescimento estão diretamente relacionadas com as reconstruções superficiais 2x1 e 2x4, respectivamente. Além disso, indicamos que a formação de defeitos morfológicos é devido à dimerização In-P, através da ativação local do mecanismo de bias na difusão. Por outro lado, também investigamos o efeito dos parâmetros de crescimento (temperatura, taxa de crescimento e quantidade de material) na nucleação e auto-formação de ilhas de InP sobre InGaP/GaAs. Na segunda parte desta tese concentramos nossa atenção no efeito das propriedades da camada buffer de InGaP sobre nanoestruturas auto-formadas, principalmente sobre a sua organização espacial. Para tanto, em primeiro lugar, investigamos as propriedades de bulk da liga de InGaP e a dependência com os parâmetros de crescimento. Nossos resultados mostram que o InGaP exibe tanto ordenamento atômico de rede quanto modulação de composição. Estes dois fenômenos estão correlacionados com o tipo de reconstrução superficial. Em específico, a liga de InGaP apresenta ordenamento CuPtB quando a superfície exibe reconstrução superficial 2x1, conforme descrito na literatura. Por outro lado, a reconstrução superficial 2x4 desempenha um papel importante no fenômeno de modulação de composição. De fato, tanto a modulação de composição quanto a morfologia superficial do filme depende dos mecanismos cinéticos de superfície, que envolvem tanto os átomos adsorvidos de In quanto de Ga. Por fim mostramos que a modulação de composição na liga de InGaP pode organizar espacialmente a nucleação de ilhas de InP em uma rede quadrada. Além disso, mostramos que é possível criar redes bidimensionais de pontos quânticos de InAs/GaAs a partir do arranjo espacialmente ordenado das ilhas de InP/InGaP / Abstract: In this work we study the growth mechanisms during epitaxy of III-V structures based on InP. The main goal was to correlate the kinetic mechanisms during nucleation of self-assembled nanostructures with the bulk properties of the buffer layer. All samples were grown by chemical beam epitaxy (CBE) and characterized using atomic force microscopy (AFM), transmission electron microscopy (TEM), reflection high-energy electron diffraction (RHEED) and X-ray diffraction. In the first part of this work we correlate the morphological changes in homoepitaxial InP films with the RHEED pattern during growth process. We show that the morphological transition from 3D to 2D with growth parameters is related to changes in surface reconstruction, from 2x1 to 2x4. Moreover, we point out that the formation of morphological defects is due to mixed In-P dimerization, via the local activation of the diffusion bias mechanism. On the other hand, we also investigate the influence of the growth parameters (temperature, growth rate and amount of deposited material) on the nucleation and selfassembly of InP islands grown on InGaP/GaAs layers. In the second part of this work we concentrate our attention on the InGaP bulk properties, and their effect on the self-assembled InP nanostructures, mainly regarding their spatial ordering. In this way, we first investigate the dependence of InGaP bulk properties with the growth parameters. Our results show that our InGaP layers exhibit atomic ordering as well as compositional modulation. Both phenomena are correlated to the surface reconstruction exhibited by the InGaP surface during growth process. The InGaP alloy presents CuPtB atomic ordering when the RHEED pattern shows 2x1 reconstruction, in agreement with reports in literature. On the other hand, the 2x4-type reconstruction plays an important role in the compositional modulation phenomena. Actually, both compositional modulation and surface morphology of InGaP films depend on surface kinetic mechanisms, and thus on In and Ga adatom mobilities. At last we show that the compositional modulation in the InGaP alloy can be used to organize spatially the InP islands in a square lattice. Moreover, we point out that it is possible to produce bidimensional lattices of InAs/GaAs quantum dots starting from a template of laterally organized InP/InGaP nanostructures / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5328.pdf: 3356098 bytes, checksum: a503c8a6b79850d30c114ab949730e07 (MD5) Previous issue date: 2013-06-10 / Universidade Federal de Sao Carlos / Plasma nitriding is a technique which is used in surface treatments of stainless steel, in order to improve some properties like hardness, wear and corrosion resistance. The nitrided layer consists of some iron nitrides: the cubic y´ phase (Fe4N), the hexagonal yphase (Fe2-3N) and a nitrogen supersatured solid phase yN. Moreover, the phases which are formed and their amount are related to the nitriding parameters: time, temperature, gas mixture (N2/H2) and pressure. On the other hand, the equipment used in this study can be operated using AC or DC current. If the AC current is used, its frequency can vary and possibly influence the Fe-N phase formation as well. In order to study this influence, some ASTM F138 stainless steel disks, showing 19,00 ± 0,01 mm diameter and 2,00 ± 0,01 mm thickness, were plasma nitrided for 4h, at 400ºC, in a 80%H2 - N2 gas mixture, at a pressure of 6 Torr, using AC current, at 6, 12, 30, 60 e 100 kHz. The samples were characterized using Scanning Electron Microscopy, Magnetic Force Microscopy, X Ray Diffraction, Hardness Vickers and Mössbauer Spectroscopy. X Ray Diffractions results detected peaks of yN phase for all samples, which showed higher hardness when compared with matrix. Nitrided layer thickness seems not to be influenced by frequency, except for 12kHz, which produced a layer whose thickness (approximately 8 ym) was about 40% thicker than the average for the other samples. Magnetic Force Microscopy showed that nitrided layer is magnetic near the surface and is paramagnetic in the innermost layer near the matrix. Mössbauer Spectroscopy demonstrated the presence of the yN, yand y´ phases. Moreover, it showed that, although the most superficial region seems to be essentially magnetic, there is also a small contribution of paramagnetic phases. Finally, the samples which were nitrided using 12 kHz showed the best results. / A nitretação a plasma é uma técnica utilizada no tratamento de superfície de aços inoxidáveis, a fim de melhorar algumas de suas propriedades como dureza, resistência ao desgaste e à corrosão, entre outras. A melhoria nessas propriedades se deve à formação de uma camada nitretada formada por fases Fe N: y (Fe4N), y(Fe2- 3N) e a austenita expandida yN. Por sua vez, as fases formadas e a sua quantidade estão relacionadas com os parâmetros da nitretação: tempo, temperatura, mistura gasosa (N2/H2) e pressão. Além disso, o nitretador a plasma usado permite também a escolha do tipo de corrente que alimenta o plasma: alternada (AC) ou contínua (DC), sendo que em AC a frequência da corrente também influenciará na formação das fases Fe-N. Com o intuito de estudar a influência deste parâmetro, amostras de aço inoxidável ASTM F138 com 19,00 ± 0,01 mm de diâmetro e 2,00 ± 0,01 mm de altura foram nitretadas a plasma, durante 4 horas, a 400 oC, com atmosfera de 80%H2 e 20%N2, a 6 Torr, em AC a 6, 12, 30, 60 e 100 kHz. Depois de nitretadas, as amostras foram analisadas por Microscopia Eletrônica de Varredura, Microscopia de Força Magnética, Difração de Raios-X, Microdureza Vickers e Espectroscopia Mössbauer. Em todas as amostras nitretadas houve formação da fase yN e a dureza foi maior do que a amostra sem nitretar. A espessura da camada nitretada não apresentou variação significativa com a variação da freqüência, exceto pela amostra nitretada a 12kHz, cuja camada, de cerca de 8ym, foi 40% mais espessa do a média entre as outras amostras. A microscopia de força magnética mostrou que a camada nitretada é magnética na região mais superficial e paramgnética na região mais próxima à matriz. A Espectrocopia Mössbauer mostrou que houve formação das fases yN, ye y . Além disso, ela mostrou também que, apesar de a camada mais superficial das amostras ser essencialmente magnética, há também uma pequena fração de nitretos paramagnéticos. Finalmente, dentre as frequências estudadas neste trabalho, as amostras nitretadas a 12kHz apresentaram os melhores resultados.