Este trabalho tem por objetivo a caracterização de filmes finos de óxido de alumínio produzidos por deposição assistida por feixe de íons Ar+. Tal caracterização consiste em estabelecer a relação entre os parâmetros de produção (energia do feixe e uxo relativo de Ar), a composição e a estrutura dos lmes. Para tanto, utiliza-se técnicas de microscopia de força atômica, difração de raios-x, reetividade de raios-x e análise por feixe iônico. Resultados mostram que amostras produzidas à temperatura ambiente e à 450 oC são amorfas independentemente da energia do feixe iônico. Filmes formados com assistência de feixe possuem qualidade superior àqueles formados por deposição física de vapor. O bombardeamento de íons Ar+ mostra-se capaz de controlar a concentração de hidrogênio, a estequiometria, a rugosidade, o tamanho dos grãos e a densidade dos lmes nos. Amostras com excelente qualidade baixa rugosidade, estequiometria próxima da ideal e boa densidade foram produzidas utilizando íons com energia dentre 300 eV e 600 eV. / The scope of this work is the characterization of aluminum oxide thin films produced by Ar+ ion beam assisted deposition. This characterization consists in establishing the relationship between production parameters (ion beam energy and argon relative ux), structure and composition of these lms. In order to undertake this task, the following techniques were used: atomic force microscopy, x-ray diraction, x-ray reectivity and ion beam analysis. Results show that samples produced at room temperature and at 450 oC are amorphous regardless the ion beam energy. Films grown under ion assistance have better characteristics than the ones deposited by physical vapor deposition. The ion beam bombardment is capable of controlling hydrogen concentration, stoichiometry, roughness, grain size and density of alumina samples. High quality lms at surface and increased density lms with near ideal stoichiometry were produced with 300 eV and 600 eV ion beam energy.

Este trabalho tem por objetivo a caracterização de filmes finos de óxido de alumínio produzidos por deposição assistida por feixe de íons Ar+. Tal caracterização consiste em estabelecer a relação entre os parâmetros de produção (energia do feixe e uxo relativo de Ar), a composição e a estrutura dos lmes. Para tanto, utiliza-se técnicas de microscopia de força atômica, difração de raios-x, reetividade de raios-x e análise por feixe iônico. Resultados mostram que amostras produzidas à temperatura ambiente e à 450 oC são amorfas independentemente da energia do feixe iônico. Filmes formados com assistência de feixe possuem qualidade superior àqueles formados por deposição física de vapor. O bombardeamento de íons Ar+ mostra-se capaz de controlar a concentração de hidrogênio, a estequiometria, a rugosidade, o tamanho dos grãos e a densidade dos lmes nos. Amostras com excelente qualidade baixa rugosidade, estequiometria próxima da ideal e boa densidade foram produzidas utilizando íons com energia dentre 300 eV e 600 eV. / The scope of this work is the characterization of aluminum oxide thin films produced by Ar+ ion beam assisted deposition. This characterization consists in establishing the relationship between production parameters (ion beam energy and argon relative ux), structure and composition of these lms. In order to undertake this task, the following techniques were used: atomic force microscopy, x-ray diraction, x-ray reectivity and ion beam analysis. Results show that samples produced at room temperature and at 450 oC are amorphous regardless the ion beam energy. Films grown under ion assistance have better characteristics than the ones deposited by physical vapor deposition. The ion beam bombardment is capable of controlling hydrogen concentration, stoichiometry, roughness, grain size and density of alumina samples. High quality lms at surface and increased density lms with near ideal stoichiometry were produced with 300 eV and 600 eV ion beam energy.

In der vorliegenden Arbeit wurden Schichten des Hochtemperatursupraleiters YBa2Cu3O7-δ (YBCO) untersucht, die epitaktisch mittels gepulster Laserabscheidung auf texturierten metallischen Templaten abgeschieden wurden. Dabei kamen ionenstrahltexturiertes ABAD-YSZ-Band und walztexturiertes NiW-Band zum Einsatz. Für Anwendungen solcher sogenannten Bandleiter ist die Fähigkeit zum Transport möglichst hoher kritischer Ströme Ic essentiell. Dies kann durch das Wachstum möglichst dicker Schichten, eine Verbesserung der Flussschlauchverankerung (Pinning), sowie die Reduzierung der durch Korngrenzen verursachten Stromlimitierung erreicht werden. Im ersten Teil der Arbeit wurden strukturelle und supraleitende Eigenschaften in bis zu 5 µm dicken YBCO-Schichten auf ABAD-YSZ-Band untersucht. Dazu wurden neben nicht-fremdphasendotierten (undotierten) YBCO-Schichten auch BaHfO3- und BaY(NbTa)O6-dotierte YBCO-Schichten herangezogen. Die Untersuchungen erfolgten mittels Röntgenbeugungs-methoden (XRD), Rasterelektronen- und Rasterkraftmikroskopie (REM, AFM), sowie resistiver und induktiver Methoden zur Bestimmung der Sprungtemperatur Tc und der kritischen Stromdichte Jc. Schichtdickenabhängige Messungen konnten u. a. zeigen, dass Ic in undotierten YBCO-Schichten bei einer Dicke oberhalb von 2,8 µm nicht weiter anstieg, während Ic in den dotierten Schichten bis zu einer Dicke von 5 µm nicht limitiert war. Darüber hinaus konnte in temperatur- und feldabhängigen Jc-Messungen ein verbessertes Pinningverhalten bei tiefen Temperaturen und in hohen äußeren Magnetfeldern gefunden werden. Mit Hilfe von transmissionselektronenmikroskopischen Untersuchungen (TEM) und Messungen der Jc-Anisotropie wurde zusätzlich ein Strukturschema herausgearbeitet, das eine Verknüpfung von Herstellungsparametern, Mikrostruktur und Pinningeigenschaften ermöglicht. Der zweite Teil befasste sich mit der Analyse der Mikrostruktur und der lokalen Textur von undotierten YBCO-Schichten auf ABAD-YSZ- und NiW-Band. Die lokale Textur wurde dabei mittels Rückstreuelektronenbeugung (EBSD) aufgelöst. Die Ergebnisse wurden mit orts-aufgelösten Magnetisierungsmessungen (Raster-Hall-Sonden-Mikroskopie) korreliert, mit denen der lokale Stromfluss untersucht werden kann. Auf beiden Templaten zeigte sich eine granulare Struktur, die durch gegeneinander verkippte bzw. verdrehte YBCO-Körner gekennzeichnet war. Während die granulare Struktur auf ABAD-YSZ-Band durch hauptsächlich in-plane missorientierte YBCO-Bereiche mit einem Durchmesser < 1 µm charakterisiert war, konnten auf NiW-Band hauptsächlich out-of-plane missorientierte Bereiche mit einer typischen Größe von 20-50 µm nachgewiesen werden. Auf NiW-Band hing die YBCO-Mikrostruktur und die Schärfe der lokalen Textur von der individuellen out-of-plane Missorientierung des darunter-liegenden NiW-Korns ab, was auf eine bereits im unbeschichteten NiW-Band vorhandene Facettierung zurückgeführt werden konnte. Zu deren Beschreibung wurde ein Facettenmodel entwickelt, das durch TEM-Untersuchungen bestätigt werden konnte. Abschließend wurde auf einkristallinen Substraten und auf ABAD-YSZ-Band ein homogener Stromfluss nachgewiesen, während die supraleitenden Eigenschaften in YBCO-Schichten auf NiW-Band von der lokalen Mikrostruktur und Textur bestimmt wurden. Damit konnte gezeigt werden, dass die globalen Eigenschaften der Bandleiter vom Zusammenspiel eines über Korngrenzen miteinander verbundenen Ensembles von Körnern mit individuellen Eigenschaften bestimmt werden.

Filmes finos de CNx foram depositados em temperatura ambiente, 350, 400, 500oC, por deposição a vapor de carbono sobre os substratos de Si(100) ou Si(111) com irradiação simultânea por íons derivado de gás N2 ou de mistura gasosa Ar-N2. A energia de íons variou de 150 a 600 eV e a razão de chegada, R(I/A), definida pela razão do fluxo de íons de nitrogênio incidentes relativa ao fluxo de átomos de carbono transportados ao substrato, foi de 1,0-2,5. A pressão de gás na câmara de vácuo foi mantida a 1,6 ×10-2 Pa durante o processo de deposição. A taxa de deposição dos filmes foi governada pelo sputtering químico. O rendimento de sputtering químico por íons de nitrogênio foi praticamente independente da energia de íons utilizada, enquanto que o rendimento de sputtering químico por íons de Ar e nitrogênio foi dependente da energia de íons devido ao efeito multiplicativo dos íons. Os espectros Raman medidos mostraram dois picos em torno de 1350 e 1560 cm-1, chamados do pico D e do G, respectivamente, e foram analisados em termos de: posição e largura do pico G, e razão das intensidades ID/IG. Os comportamentos destes parâmetros obtidos em função de R(I/A) foram explicados razoavelmente através do modelo de três estágios, sugerido por Ferrari et al., levando em consideração uma transição da fase característica de grafite a de fulereno, na qual a incorporação suficiente de nitrogênio em camadas grafíticas promove a formaao de anéis pentagonais que pode induzir o enrugamento em camadas, facilitando ligaoes entre as camadas através de átomos de carbono hibridizados de sp3. Um indício da ocorrência desta transição pode ser visto nos difratogramas de raios X dos filmes correspondentes. Neste contexto, os espectros Raman e de XPS dos filmes de CNx depositados previamente com o método RF magnetron sputtering reativo foram analisados e explicados consistentemente, levando-se em consideração a concentração de nitrogênio nos filmes. / Thin CNx films were deposited at room temperature, 350, 400, 500oC, by carbon vapor deposition on Si(100) or Si(111) substrates with simultaneous irradiation by íons derived from N2 gas or from a gas mixture of Ar-N2. The ion energy varied from 150 to 600 eV and the arrival rate ratio, R(I/A), defined as the ratio of the flux of incident nitrogen ions relative to flux of carbon atoms transported to the substrate, was in the range of 1.0-2.5. The gas pressure in the vacuum chamber was maintained at 1.6 × 10-2 Pa during the deposition. The deposition rate of the films was governed by chemical sputtering. The chemical sputtering field by nitrogen ions was practically independent of the ion energy used, while the chemical sputtering field by Ar and nitrogen ions was dependent on it due to the multiplicative effect of the ions. Raman spectra measured showed two peaks around 1350 and 1560 cm-1, called D and G peaks, respectively, and were analyzed in terms of: the G peak position and width, and the peak intensity ratio ID/IG. The behaviors of these parameters as a function of R(I/A) were explained reasonably through the three-stage model, suggested by Ferrari et al., taking into account a transition from a graphitelike phase to a fullerenlike phase, in which a sufficient incorporation of nitrogen into graphitic planes promotes a formation of pentagonal rings which can induce buckling of graphitic planes, facilitating cross-linking between the planes through sp3-hybridized carbon atoms. Evidence for this transition could be seen in X-ray diffratograms of the corresponding films. In this context, Raman and XPS spectra of CNx films previously deposited with the reactive RF magnetron sputtering method were analyzed and explained consistently, considering the nitrogen concentration in the films.

Filmes finos de CNx foram depositados em temperatura ambiente, 350, 400, 500oC, por deposição a vapor de carbono sobre os substratos de Si(100) ou Si(111) com irradiação simultânea por íons derivado de gás N2 ou de mistura gasosa Ar-N2. A energia de íons variou de 150 a 600 eV e a razão de chegada, R(I/A), definida pela razão do fluxo de íons de nitrogênio incidentes relativa ao fluxo de átomos de carbono transportados ao substrato, foi de 1,0-2,5. A pressão de gás na câmara de vácuo foi mantida a 1,6 ×10-2 Pa durante o processo de deposição. A taxa de deposição dos filmes foi governada pelo sputtering químico. O rendimento de sputtering químico por íons de nitrogênio foi praticamente independente da energia de íons utilizada, enquanto que o rendimento de sputtering químico por íons de Ar e nitrogênio foi dependente da energia de íons devido ao efeito multiplicativo dos íons. Os espectros Raman medidos mostraram dois picos em torno de 1350 e 1560 cm-1, chamados do pico D e do G, respectivamente, e foram analisados em termos de: posição e largura do pico G, e razão das intensidades ID/IG. Os comportamentos destes parâmetros obtidos em função de R(I/A) foram explicados razoavelmente através do modelo de três estágios, sugerido por Ferrari et al., levando em consideração uma transição da fase característica de grafite a de fulereno, na qual a incorporação suficiente de nitrogênio em camadas grafíticas promove a formaao de anéis pentagonais que pode induzir o enrugamento em camadas, facilitando ligaoes entre as camadas através de átomos de carbono hibridizados de sp3. Um indício da ocorrência desta transição pode ser visto nos difratogramas de raios X dos filmes correspondentes. Neste contexto, os espectros Raman e de XPS dos filmes de CNx depositados previamente com o método RF magnetron sputtering reativo foram analisados e explicados consistentemente, levando-se em consideração a concentração de nitrogênio nos filmes. / Thin CNx films were deposited at room temperature, 350, 400, 500oC, by carbon vapor deposition on Si(100) or Si(111) substrates with simultaneous irradiation by íons derived from N2 gas or from a gas mixture of Ar-N2. The ion energy varied from 150 to 600 eV and the arrival rate ratio, R(I/A), defined as the ratio of the flux of incident nitrogen ions relative to flux of carbon atoms transported to the substrate, was in the range of 1.0-2.5. The gas pressure in the vacuum chamber was maintained at 1.6 × 10-2 Pa during the deposition. The deposition rate of the films was governed by chemical sputtering. The chemical sputtering field by nitrogen ions was practically independent of the ion energy used, while the chemical sputtering field by Ar and nitrogen ions was dependent on it due to the multiplicative effect of the ions. Raman spectra measured showed two peaks around 1350 and 1560 cm-1, called D and G peaks, respectively, and were analyzed in terms of: the G peak position and width, and the peak intensity ratio ID/IG. The behaviors of these parameters as a function of R(I/A) were explained reasonably through the three-stage model, suggested by Ferrari et al., taking into account a transition from a graphitelike phase to a fullerenlike phase, in which a sufficient incorporation of nitrogen into graphitic planes promotes a formation of pentagonal rings which can induce buckling of graphitic planes, facilitating cross-linking between the planes through sp3-hybridized carbon atoms. Evidence for this transition could be seen in X-ray diffratograms of the corresponding films. In this context, Raman and XPS spectra of CNx films previously deposited with the reactive RF magnetron sputtering method were analyzed and explained consistently, considering the nitrogen concentration in the films.

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In the thesis the development of two equipment for preparation of ultrathin films under ultrahign vacuum conditions (UHV) is discussed. Here, additionally to a brief description of theoretical principles, more details on the design of these units are given. In the first part the design of a thermal source of oxygen or hydrogen atomic beams is discussed. Further, a design and construction of an ion–atomic beam source for ion-beam assisted deposition of thin films is detailed. The source combines the principles of an efusion cell and electron-impact ion beam source generating ions of (30 – 100) eV energy. The source has been successfully applied for the growth of GaN on the Si(111) 7x7 substrate under room temperature.