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The deposition of superconducting Nb3 Sn on copper accelerating cavities is interesting for the higher thermal conductivity of copper compared to common Nb substrates. The better heat exchange would allow the use of cryocoolers reducing cryogenic costs and the risk of thermal quench [1]. The magnetron sputtering technology allows the deposition of Nb 3 Sn on substrates different than Nb, however the coating of substrates with complex geometry (such as elliptical cavities) may require target with non-planar shape, which are difficult to realize with classic powder sintering techniques. In this work, the possibility of using the Liquid Tin Diffusion (LTD) technique to produce sputtering targets is explored. The LTD technique is a wire fabrication technology, already developed in the past at LNL for superconducting radio frequency (SRF) applications [2], that allows the deposition of very thick and uniform coating on Nb substrates even with complex geometries [3]. Improvements in LTD process, proof of concept of a single use LTD target production, and characterization of the Nb 3 Sn film coated by DC magnetron sputtering with these innovative targets are reported in this work.

The fabrication of bilayer and multilayer Mo/Al thin films using a conventional multi-target rf-diode sputter deposition system was studied. The films were deposited on glass and Si( 100) substrates. The as-deposited films were characterized with respect to their structure and composition profiles using X-Ray diffraction, AES, SEM, TEM, and RBS techniques. The as-deposited bilayer films were of good quality with an interface thickness of about 200 Ã . They were annealed at different temperatures in the range of 300-600°C for different times. Diffusional intermixing and phase changes were monitored and diffusivity measurements were made. The growth characteristics of intermetallic compounds were analysed. Mo/Al multilayer thin films with layer thicknesses less than 200 Ã were also deposited. An assessment of structural and compositional modulations in these multilayer films revealed the need for the conversion of the conventional diode sources to magnetron sources for improvement of film quality. Also presented are a few preliminary theoretical calculations for high-energy ion-beam mixing of the Mo/Al bilayer thin films. / Master of Science

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O óxido de índio dopado com estanho é um semicondutor degenerado de alta transparência no espectro visível e alta condutância elétrica. Por suas propriedades, ele é utilizado como eletrodo transparente em diversas aplicações. Algumas destas aplicações exigem que os filmes sejam depositados sobre substratos poliméricos, que degradam em temperaturas acima de 100 °C. Por este motivo, métodos de deposição que utilizam baixas temperaturas são necessários. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de técnicas de deposição de filmes de óxido de índio dopado com estanho, em baixas temperaturas (< 100 °C), pelo método de magnetron sputtering de rádio fequência. Filmes foram obtidos sobre substratos de silício, vidro e policarbonato, e suas propriedades físicas, elétricas, ópticas, químicas e estruturais foram analisadas por perfilometria, elipsometria, curvas corrente-tensão, prova de quatro pontas, medidas de efeito Hall, difratometria de raios-X e espectrofotometria. Filmes depositados sobre silício e vidro tiveram resistividade elétrica mínima da ordem de 10^-4 Ohm.cm, enquanto a resistividade do filme obtido sobre policarbonato foi da ordem de 10^-3 Ohm.cm. A transmitância óptica média no espectro visível das amostras variou de 66 a 87 %. Do ponto de vista estrutural, as amostras tenderam a apresentar fase amorfa e cristalina, com orientação preferencial ao longo da direção [100]. De modo geral, as amostras obtidas de 75 a 125 W tiveram as melhores propriedades para serem utilizadas em aplicações que exijam eletrodos transparentes, considerando aspectos elétricos e ópticos. / Indium-tin oxide is a degenerate semiconductor that shows high transmittance in the visible region of the spectrum and high electrical conductance. Because of its properties, this material is used as transparent electrode in a wide variety of applications. Some of these applications demand the indium-tin oxide layer to be deposited over polymer substrates, which degrade at temperatures above 100 °C. Because of this degradation problem, deposition methods at low temperatures are needed. The purpose of this work is the development of low temperature (< 100 °C) indium-tin oxide deposition processes by radio frequency magnetron sputtering method. Thin films were deposited over silicon, glass and polycarbonate substrates, and their physical, electrical, optical, chemical and structural properties were analyzed by surface high step meter, ellipsometry, current-voltage curves, four-point probe analysis, Hall effect measurements, X-ray diffractometry and spectrophotometry. Films deposited over silicon and glass substrates showed minimal electrical resistivity in the order of 10^-4 Ohm.cm, while the resistivity of the film obtained over polycarbonate was in the order of 10^-3 Ohm.cm. The average transmittance in the visible spectrum varied over the range 66 to 87 %. According to the structural study, the films present both amorphous and crystalline phases, with crystallites showing preferential orientation along the [100] direction. In general, films deposited with power varying over the range 75 to 125 W showed the best results to be applied as transparent electrodes, considering electrical and optical aspects.

Este trabalho tem como objetivo a produção e caracterização elétrica de filmes finos de telureto com nanopartículas de ouro para aplicações em microeletrônica. Filmes finos foram produzidos por magnetron sputtering a partir de alvos de telureto cerâmico e de ouro metálico. Foi desenvolvida metodologia adequada para a nucleação das nanopartículas de ouro por meio de tratamento térmico. Foram nucleadas nanopartículas de ouro a fim de que fossem observadas as influências nas propriedades elétricas. Os filmes foram depositados sobre substrato de silício e, para as medidas elétricas, ilhas de alumínio foram depositadas sobre o filme, utilizando-se os processos convencionais de microeletrônica: limpeza química, deposição por sputtering e evaporação. Com a finalidade de verificar a nucleação das nanopartículas metálicas, foram realizadas análises por Microscopia Eletrônica de Transmissão que indicaram a presença de nanopartículas metálicas, cristalinas, aproximadamente esféricas e com tamanho médio aproximado entre 1,5 e 5 nm. Outras técnicas de caracterização usadas foram microscopia de força atômica, perfilometria e extração de curvas da capacitância e condutância em função da tensão. Foram produzidos filmes com diversas espessuras com e sem nanopartículas de ouro. Por meio das medidas de capacitância em função da tensão foi possível determinar a influência das nanopartículas metálicas na constante dielétrica (k). Os resultados obtidos mostram aumento do valor de k de aproximadamente 70%, na presença de nanopartículas de ouro. Cabe ressaltar o resultado obtido para os filmes com espessura de 32,8 nm, para os quais o valor da constante dielétrica varia de 9,4 para 12,2, para tratamentos de 10 e 20 h, respectivamente. O material estudado tem possíveis aplicações em microeletrônica como dielétrico em capacitores e transistores MOS, e como camada de passivação em dispositivos de potência. / This work has the objective of production and electrical characterization f tellurite thin films containing gold nanoparticles for microelectronic applications. Thin films have been produced by magnetron sputtering from ceramic tellurite and metallic gold targets. It was developed an appropriate methodology for the gold nanoparticles nucleation by means of heat treatment. Gold nanoparticles were nucleated in order to be observed the influence on the electrical properties. The films were deposited on silicon substrate and, to the electrical measurements, aluminium islands were deposited on the film, using the conventional processes of microelectronics: chemical cleaning, deposition by sputtering and evaporation. With purpose to check the metallic nanoparticles nucleation, transmission electron microscopy measurements were performed and indicated the presence of crystalline metallic nanoparticles, with spherical shape and with average size between 1.5 and 5 nm. Other characterization techniques were used as atomic force microscopy, profilometry and electrical measurements to obtain the capacitance and conductance curves. Films have been produced with different thicknesses with and without gold nanoparticles. From capacitance measurement, it was possible to determine the metallic nanoparticles influence on the dielectric constant (k). The results obtained showed the increase of k of about 70% with the presence of gold nanoparticles. We have to remark the results obtained for thin films with 32.8 nm thickness with k varying from 9.4 to 12.2, for heat treatments during 10 and 20 h, respectively. The material studied has possible applications in microelectronics as high-k dielectrics for capacitors and transistors MOS, and as passivation layer for power devices.

Este trabalho tem como objetivo a confecção e caracterização de guias de onda de GeO2-PbO e TeO2-ZnO. Os guias de onda foram produzidos a partir de filmes finos e vidros usando diferentes procedimentos. Os filmes foram produzidos usando a técnica de RF \"magnetron sputtering\" e foram caracterizados por meio de várias análises. Em especial, a microscopia eletrônica de varredura foi indispensável para definição dos melhores processos para a construção dos guias de onda, o maior desafio do trabalho, pois não havia na literatura trabalhos desta natureza com os materiais em questão. Os guias nos filmes foram construídos sobre substratos de silício, utilizando-se os processos convencionais de microeletrônica: limpeza química, oxidação térmica, deposição por \"sputtering\", litografia óptica e corrosões úmidas e por plasma. Os diversos testes realizados com estes processos permitiram encontrar as melhores condições (corrosão por plasma de SF6, resiste AZ-5214 e remoção com microstripper 2001) para a implementação de guias de onda \"rib\" com largura de 1 à 10 m usando profundidades de 70 nm para o guia de GeO2-PbO e de 90 nm para o guia de TeO2-ZnO. Os guias de ondas rib de PbO-GeO2 e TeO2-ZnO foram analisados opticamente quanto às perdas por propagação. Ambos apresentaram guiamento multimodo (TE) e os valores de atenuação experimentais obtidos foram de 2,2 dB/cm para o guia de GeO2-PbO e 1,5 dB/cm para o guia de TeO2-ZnO em 633 nm. Estes valores dependem da rugosidade superficial e lateral dos guias de ondas, da uniformidade dos filmes empregados e da diferença entre os índices de refração. Realizamos simulações do guiamento óptico em estruturas planares e tipo rib, para obter as atenuações no guiamento. Os resultados calculados foram compatíveis aos encontrados experimentalmente Os guias de onda feitos com vidros de GeO2-PbO-Ga2O3 e TeO2-GeO2-PbO utilizaram a técnica de escrita direta de laser de femtosegundos. Os melhores parâmetros de escrita dos guias produzidos foram para a velocidade de 0,05 mm/s e potência do laser de 10W. Para esta condição, o vidro de TeO2-GeO2-PbO apresentou perdas de 6,8 dB (para comprimento de 0,75 cm) e o vidro de GeO2-PbO-Ga2O3, 7,0 dB (para comprimento de 0,9 cm), em 633 nm. Este trabalho apresentou o desenvolvimento da tecnologia adequada para a produção de guias de onda formados por novos materiais, teluretos e germanatos, promissores para a optoeletrônica e fotônica. / The objective of this work is the production and characterization of GeO2-PbO and TeO2-ZnO waveguides. The waveguides were produced using thin films and glasses by means of different procedures. The films were produced using the RF magnetron sputtering method and characterized by a variety of techniques. In particular, scanning electron microscopy was essential to optimize the processes involved in producing the waveguides. This was one the fundamental challenge of this work since there are no reports in the literature describing these processes on such materials. The thin film waveguides were produced on top of a silicon substrate using conventional microelectronic procedures: chemical cleaning, thermal oxidation, sputtering deposition, optical lithography and wet chemical corrosion or plasma etching. Several tests performed using these processes enabled the determination of the best condition (SF6 etching, AZ-5214 resist and resist removal with microstripper 2001) for the implementation of rib waveguides with 1 to 10 m width and average depth of 70 nm for GeO2-PbO and 90 nm for TeO2-ZnO. For the rib waveguides of PbO-GeO2 and TeO2-ZnO the propagation losses were optically measured. Both systems presented a multimode (TE) guiding with attenuation values of 2.2 dB/cm for PbO-GeO2 and 1.5 dB/cm for TeO2-ZnO at 633 nm. These values depend heavily on the surface and lateral roughness, on the uniformity of the films and on the difference between the refractive index. We conducted computer simulations of optical guiding in planar and rib structures in order to estimate the guiding losses. The calculated values were compatible with the experimental results. Glasses waveguides of GeO2-PbO-Ga2O3 and TeO2-GeO2-PbO were produced using the direct writing technique with a femtosecond laser. The structures were analyzed optically in order to determine the overall propagation losses. The optimized writing parameters were 0.05 mm/s speed with 10 W laser power. Using these parameters we obtained for the propagation losses at 633 nm, 6.8 dB (for 0.75 cm length) and 7.0 dB (for 0.9 cm length) for TeO2-GeO2-PbO and GeO2-PbO-Ga2O3, respectively. This work presents the development of an adequate technology for the production of waveguides composed of new materials with promising applications for optoelectronics and photonics.

Este trabalho tem como objetivo a confecção e caracterização de guias de onda de GeO2-PbO e TeO2-ZnO. Os guias de onda foram produzidos a partir de filmes finos e vidros usando diferentes procedimentos. Os filmes foram produzidos usando a técnica de RF \"magnetron sputtering\" e foram caracterizados por meio de várias análises. Em especial, a microscopia eletrônica de varredura foi indispensável para definição dos melhores processos para a construção dos guias de onda, o maior desafio do trabalho, pois não havia na literatura trabalhos desta natureza com os materiais em questão. Os guias nos filmes foram construídos sobre substratos de silício, utilizando-se os processos convencionais de microeletrônica: limpeza química, oxidação térmica, deposição por \"sputtering\", litografia óptica e corrosões úmidas e por plasma. Os diversos testes realizados com estes processos permitiram encontrar as melhores condições (corrosão por plasma de SF6, resiste AZ-5214 e remoção com microstripper 2001) para a implementação de guias de onda \"rib\" com largura de 1 à 10 m usando profundidades de 70 nm para o guia de GeO2-PbO e de 90 nm para o guia de TeO2-ZnO. Os guias de ondas rib de PbO-GeO2 e TeO2-ZnO foram analisados opticamente quanto às perdas por propagação. Ambos apresentaram guiamento multimodo (TE) e os valores de atenuação experimentais obtidos foram de 2,2 dB/cm para o guia de GeO2-PbO e 1,5 dB/cm para o guia de TeO2-ZnO em 633 nm. Estes valores dependem da rugosidade superficial e lateral dos guias de ondas, da uniformidade dos filmes empregados e da diferença entre os índices de refração. Realizamos simulações do guiamento óptico em estruturas planares e tipo rib, para obter as atenuações no guiamento. Os resultados calculados foram compatíveis aos encontrados experimentalmente Os guias de onda feitos com vidros de GeO2-PbO-Ga2O3 e TeO2-GeO2-PbO utilizaram a técnica de escrita direta de laser de femtosegundos. Os melhores parâmetros de escrita dos guias produzidos foram para a velocidade de 0,05 mm/s e potência do laser de 10W. Para esta condição, o vidro de TeO2-GeO2-PbO apresentou perdas de 6,8 dB (para comprimento de 0,75 cm) e o vidro de GeO2-PbO-Ga2O3, 7,0 dB (para comprimento de 0,9 cm), em 633 nm. Este trabalho apresentou o desenvolvimento da tecnologia adequada para a produção de guias de onda formados por novos materiais, teluretos e germanatos, promissores para a optoeletrônica e fotônica. / The objective of this work is the production and characterization of GeO2-PbO and TeO2-ZnO waveguides. The waveguides were produced using thin films and glasses by means of different procedures. The films were produced using the RF magnetron sputtering method and characterized by a variety of techniques. In particular, scanning electron microscopy was essential to optimize the processes involved in producing the waveguides. This was one the fundamental challenge of this work since there are no reports in the literature describing these processes on such materials. The thin film waveguides were produced on top of a silicon substrate using conventional microelectronic procedures: chemical cleaning, thermal oxidation, sputtering deposition, optical lithography and wet chemical corrosion or plasma etching. Several tests performed using these processes enabled the determination of the best condition (SF6 etching, AZ-5214 resist and resist removal with microstripper 2001) for the implementation of rib waveguides with 1 to 10 m width and average depth of 70 nm for GeO2-PbO and 90 nm for TeO2-ZnO. For the rib waveguides of PbO-GeO2 and TeO2-ZnO the propagation losses were optically measured. Both systems presented a multimode (TE) guiding with attenuation values of 2.2 dB/cm for PbO-GeO2 and 1.5 dB/cm for TeO2-ZnO at 633 nm. These values depend heavily on the surface and lateral roughness, on the uniformity of the films and on the difference between the refractive index. We conducted computer simulations of optical guiding in planar and rib structures in order to estimate the guiding losses. The calculated values were compatible with the experimental results. Glasses waveguides of GeO2-PbO-Ga2O3 and TeO2-GeO2-PbO were produced using the direct writing technique with a femtosecond laser. The structures were analyzed optically in order to determine the overall propagation losses. The optimized writing parameters were 0.05 mm/s speed with 10 W laser power. Using these parameters we obtained for the propagation losses at 633 nm, 6.8 dB (for 0.75 cm length) and 7.0 dB (for 0.9 cm length) for TeO2-GeO2-PbO and GeO2-PbO-Ga2O3, respectively. This work presents the development of an adequate technology for the production of waveguides composed of new materials with promising applications for optoelectronics and photonics.

Este trabalho tem como objetivo a produção e caracterização elétrica de filmes finos de telureto com nanopartículas de ouro para aplicações em microeletrônica. Filmes finos foram produzidos por magnetron sputtering a partir de alvos de telureto cerâmico e de ouro metálico. Foi desenvolvida metodologia adequada para a nucleação das nanopartículas de ouro por meio de tratamento térmico. Foram nucleadas nanopartículas de ouro a fim de que fossem observadas as influências nas propriedades elétricas. Os filmes foram depositados sobre substrato de silício e, para as medidas elétricas, ilhas de alumínio foram depositadas sobre o filme, utilizando-se os processos convencionais de microeletrônica: limpeza química, deposição por sputtering e evaporação. Com a finalidade de verificar a nucleação das nanopartículas metálicas, foram realizadas análises por Microscopia Eletrônica de Transmissão que indicaram a presença de nanopartículas metálicas, cristalinas, aproximadamente esféricas e com tamanho médio aproximado entre 1,5 e 5 nm. Outras técnicas de caracterização usadas foram microscopia de força atômica, perfilometria e extração de curvas da capacitância e condutância em função da tensão. Foram produzidos filmes com diversas espessuras com e sem nanopartículas de ouro. Por meio das medidas de capacitância em função da tensão foi possível determinar a influência das nanopartículas metálicas na constante dielétrica (k). Os resultados obtidos mostram aumento do valor de k de aproximadamente 70%, na presença de nanopartículas de ouro. Cabe ressaltar o resultado obtido para os filmes com espessura de 32,8 nm, para os quais o valor da constante dielétrica varia de 9,4 para 12,2, para tratamentos de 10 e 20 h, respectivamente. O material estudado tem possíveis aplicações em microeletrônica como dielétrico em capacitores e transistores MOS, e como camada de passivação em dispositivos de potência. / This work has the objective of production and electrical characterization f tellurite thin films containing gold nanoparticles for microelectronic applications. Thin films have been produced by magnetron sputtering from ceramic tellurite and metallic gold targets. It was developed an appropriate methodology for the gold nanoparticles nucleation by means of heat treatment. Gold nanoparticles were nucleated in order to be observed the influence on the electrical properties. The films were deposited on silicon substrate and, to the electrical measurements, aluminium islands were deposited on the film, using the conventional processes of microelectronics: chemical cleaning, deposition by sputtering and evaporation. With purpose to check the metallic nanoparticles nucleation, transmission electron microscopy measurements were performed and indicated the presence of crystalline metallic nanoparticles, with spherical shape and with average size between 1.5 and 5 nm. Other characterization techniques were used as atomic force microscopy, profilometry and electrical measurements to obtain the capacitance and conductance curves. Films have been produced with different thicknesses with and without gold nanoparticles. From capacitance measurement, it was possible to determine the metallic nanoparticles influence on the dielectric constant (k). The results obtained showed the increase of k of about 70% with the presence of gold nanoparticles. We have to remark the results obtained for thin films with 32.8 nm thickness with k varying from 9.4 to 12.2, for heat treatments during 10 and 20 h, respectively. The material studied has possible applications in microelectronics as high-k dielectrics for capacitors and transistors MOS, and as passivation layer for power devices.

O óxido de índio dopado com estanho é um semicondutor degenerado de alta transparência no espectro visível e alta condutância elétrica. Por suas propriedades, ele é utilizado como eletrodo transparente em diversas aplicações. Algumas destas aplicações exigem que os filmes sejam depositados sobre substratos poliméricos, que degradam em temperaturas acima de 100 °C. Por este motivo, métodos de deposição que utilizam baixas temperaturas são necessários. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de técnicas de deposição de filmes de óxido de índio dopado com estanho, em baixas temperaturas (< 100 °C), pelo método de magnetron sputtering de rádio fequência. Filmes foram obtidos sobre substratos de silício, vidro e policarbonato, e suas propriedades físicas, elétricas, ópticas, químicas e estruturais foram analisadas por perfilometria, elipsometria, curvas corrente-tensão, prova de quatro pontas, medidas de efeito Hall, difratometria de raios-X e espectrofotometria. Filmes depositados sobre silício e vidro tiveram resistividade elétrica mínima da ordem de 10^-4 Ohm.cm, enquanto a resistividade do filme obtido sobre policarbonato foi da ordem de 10^-3 Ohm.cm. A transmitância óptica média no espectro visível das amostras variou de 66 a 87 %. Do ponto de vista estrutural, as amostras tenderam a apresentar fase amorfa e cristalina, com orientação preferencial ao longo da direção [100]. De modo geral, as amostras obtidas de 75 a 125 W tiveram as melhores propriedades para serem utilizadas em aplicações que exijam eletrodos transparentes, considerando aspectos elétricos e ópticos. / Indium-tin oxide is a degenerate semiconductor that shows high transmittance in the visible region of the spectrum and high electrical conductance. Because of its properties, this material is used as transparent electrode in a wide variety of applications. Some of these applications demand the indium-tin oxide layer to be deposited over polymer substrates, which degrade at temperatures above 100 °C. Because of this degradation problem, deposition methods at low temperatures are needed. The purpose of this work is the development of low temperature (< 100 °C) indium-tin oxide deposition processes by radio frequency magnetron sputtering method. Thin films were deposited over silicon, glass and polycarbonate substrates, and their physical, electrical, optical, chemical and structural properties were analyzed by surface high step meter, ellipsometry, current-voltage curves, four-point probe analysis, Hall effect measurements, X-ray diffractometry and spectrophotometry. Films deposited over silicon and glass substrates showed minimal electrical resistivity in the order of 10^-4 Ohm.cm, while the resistivity of the film obtained over polycarbonate was in the order of 10^-3 Ohm.cm. The average transmittance in the visible spectrum varied over the range 66 to 87 %. According to the structural study, the films present both amorphous and crystalline phases, with crystallites showing preferential orientation along the [100] direction. In general, films deposited with power varying over the range 75 to 125 W showed the best results to be applied as transparent electrodes, considering electrical and optical aspects.