O carbeto de silício (SiC) é um semicondutor com propriedades adequadas para substituir o silício em dispositivos eletrônicos em aplicações que exijam alta potência, alta freqüência e/ou temperatura. Além disso, um filme de dióxido de silício (SiO2) pode ser crescido termicamente sobre o SiC de maneira análoga a sobre silício, permitindo que a tecnologia já existente para a fabricação de dispositivos utilizando Si possa ser adaptada para o caso do SiC. No entanto, filmes crescidos termicamente sobre SiC apresentam maior densidade de defeitos eletricamente ativos na região interfacial SiO2/SiC que no SiO2/Si. Assim, compreender a origem e os parâmetros que afetam essa degradação elétrica é um importante passo para a tecnologia do SiC. A primeira parte deste trabalho teve como objetivo compreender o efeito de parâmetros de oxidação (pressão de oxigênio e tempo de oxidação) no crescimento térmico de filmes de dióxido de silício sobre substratos de carbeto de silício. As oxidações foram realizadas em ambiente rico em 18O2 e a influência na taxa de crescimento térmico dos filmes de Si18O2 e nas espessuras das regiões interfaciais formadas entre o filme dielétrico e o substrato foram investigadas utilizando análises por reação nuclear. Para correlacionar as modificações nas propriedades investigadas com as propriedades elétricas das amostras, estruturas metal-óxidosemicondutor foram fabricadas e levantamento de curvas corrente-voltagem e capacitânciavoltagem foi realizado. Com isso, pretendeu-se melhor compreender a origem da degradação elétrica gerada pela oxidação térmica no SiC. Observou-se que a taxa de crescimento térmico dos filmes de SiO2 depende de um parâmetro dado pelo produto do tempo de oxidação e da pressão de oxigênio, para as condições testadas. O deslocamento da tensão de banda plana com relação ao valor ideal mostrou-se igualmente dependente desse parâmetro, indicando que uma maior degradação elétrica na região interfacial SiO2/SiC ocorrerá conforme o filme fica mais espesso devido ao aumento dos parâmetros investigados. Não observaram-se modificações nas espessuras da região interfacial SiO2/SiC e na tensão de ruptura dielétrica dos filmes de SiO2 atribuídas aos parâmetros de oxidação testados. Na segunda parte deste trabalho, visando minimizar a degradação elétrica da região interfacial SiO2/SiC gerada pela oxidação térmica do SiC, propôs-se crescer termicamente, em uma condição mínima de oxidação, um filme muito fino e estequiométrico de SiO2, monitorado por espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios X. Para formar filmes mais espessos de SiO2 e poder fabricar estruturas MOS, depositaram-se filmes de SiO2 por sputtering. As espessuras e estequiometria dos filmes depositados foram determinadas por espectrometria de retroespalhamento Rutherford com ou sem canalização. As estruturas MOS em que o filme fino de SiO2 foi crescido termicamente antes da deposição apresentaram menor deslocamento da tensão de banda plana com relação ao valor ideal e maior tensão de ruptura dielétrica do que as amostras em que o filme foi apenas crescido termicamente ou apenas depositado, confirmando a minimização da degradação elétrica da região interfacial SiO2/SiC pela rota proposta. O efeito de um tratamento térmico em ambiente inerte de Ar nas estruturas também foi investigado. Observou-se uma degradação elétrica na região interfacial SiO2/SiC devido a esse tratamento. Análises por reação nuclear indicaram que o filme fino crescido termicamente não permaneceu estável durante o tratamento térmico, perdendo oxigênio para o ambiente gasoso e misturando os isótopos de oxigênio do filme crescido termicamente com o do filme depositado. / Silicon carbide (SiC) is a semiconductor with adequate properties to substitute silicon in electronic devices in applications that requires high power, high frequency, and/or high temperature. Besides, a silicon dioxide (SiO2) film can be thermally grown on SiC in a similar way to that on Si, allowing that technology already used to fabricate devices based on Si to be adapted to the SiC case. However, the oxide films thermally grown on SiC present higher density of electrical defects at the SiO2/SiC interfacial region when compared to the SiO2/Si. Thus, the understanding of the origin and what parameters affect the electrical degradation is an important step to the SiC technology. The first part of this work aimed to understand the effect of oxidation parameters (oxygen pressure and oxidation time) in the thermal growth of silicon dioxide films on silicon carbide substrates. The oxidations were performed in an 18O2 rich ambient and the influence on the growth rate of the Si18O2 films and on the interfacial region thickness formed between the dielectric film and the substrate were investigated using nuclear reaction analyses. To correlate the modifications observed in these properties with modifications in the electrical properties, metal-oxide-semiconductors structures were fabricated and current-voltage and capacitancevoltage curves were obtained. The aim was to understand the origin of the electrical degradation due to the thermal oxidation of silicon carbide. It was observed that the growth rate of the Si18O2 films depends on the parameter given by the product of the oxygen pressure and the oxidation time, under the conditions tested. The flatband voltage shift with respect to the ideal value was also influenced by the same parameter, indicating that a larger electrical degradation in the SiO2/SiC interfacial region will occur as the film becomes thicker due to the increase of the values of the investigated parameters. No modifications were observed in the SiO2/SiC interfacial region thickness and in the dielectric breakdown voltage of the SiO2 films that could be attributed to the oxidation parameters tested. In the second part of this work, in order to minimize electrical degradation due to thermal oxidation of silicon carbide, a stoichiometric SiO2 film with minimal thickness was thermally grown, monitored by X-ray photoelectron spectroscopy. To obtain thicker films and to fabricate MOS structures, a SiO2 film was deposited by sputtering. The thicknesses and stoichiometries of the deposited films were determined by Rutherford backscattering spectrometry using or not the channeling geometry. The MOS structures in which a thin film was thermally grown before the deposition presented smaller flatband voltage shift and higher breakdown voltage when compared to SiO2 films only thermally grown or only deposited directly on SiC, confirming that the electrical degradation in the SiO2/SiC interfacial region was minimized using the proposed route. The effect of one thermal treatment in argon in the structures was also investigated. An electrical degradation in the SiO2/4H-SiC interface was observed. Nuclear reaction analyses indicated that the thin film thermally grown was not stable during the annealing, loosing O to the gaseous ambient and mixing O isotopes of the thermally grown film with those of the deposited film.

Made available in DSpace on 2016-12-08T15:56:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luiz Antonio Alves.pdf: 4887074 bytes, checksum: 2921556dad24ae9311fe651e5a0ccdcf (MD5) Previous issue date: 2014-07-14 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Titanium nitride (TiN) films with niobium (Nb) addition (TiN[Nb], 0,01 < Nb/Ti < 0,15) were obtained by sputter deposition in a triode magnetron sputtering system from a mosaic target of titanium with niobium inserts at the erosion zone. The effects of Nb/Ti in surface morphology were analyzed by atomic force and confocal microscopy measurements. The reflectivities of the films with niobium incorporation are in agreement with the Drude-Lorentz model. The constants obtained by the fitting show an increase in plasma frequency and relaxation time with increased Nb/Ti ratio, indicating an increase in the number of charge carriers. The color parameters according CIELab system show an increase in L*, a* and b* coordinates. The visual analysis indicates an increased red tone when compared with pure TiN film in agreement with the increased absolute values of a* coordinates. / Filmes de nitreto de titânio com adição de nióbio ((TiN[Nb], 0,01 < Nb/Ti < 0,15) foram depositados pelo processo de pulverização catódica utilizando um sistema Triodo Magnetron Sputtering. A pulverização catódica de Titânio e Nióbio foi feita a partir de um alvo de titânio com insertos de nióbio dispostos na região de erosão. Foram analisados os efeitos da razão Nb/Ti na morfologia superficial do filme através de microscopia de força atômica e confocal. As medidas de refletividade dos filmes de TiN[Nb] obedecem perfeitamente o modelo de Drude-Lorentz. As constantes obtidas pelo modelo de Drude-Lorentz mostram um aumento nos valores da frequência de plasma e tempo de relaxação com o aumento na razão Nb/Ti, indicando que a presença de nióbio aumenta o número de portadores de carga. Os parâmetros de cor segundo o sistema CIELab mostram um aumento nas coordenadas L*, a* e b*. A análise visual das amostras mostra uma tonalidade avermelhada, quando comparadas com o filme contendo somente TiN, em concordância com o aumento absoluto nas coordenadas a*.

O presente trabalho apresenta um estudo do tratamento duplex para o biomaterial Nitinol (NiTi). Este tratamento consiste em nitretação a plasma para a formação do nitreto de titânio (TiN), seguido de deposição de um filme fino de nitreto de zircônio (ZrN) sobre a superfície nitretada. O estudo das fases cristalinas presentes no sistema foi realizado pela técnica de difração de raios X (DRX). A morfologia e espessura da camada nitretada e do filme fino depositado foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). As propriedades mecânicas foram estudadas mediante ensaios de nanoindentação. Para avaliar a resistência à corrosão foram realizados testes de polarização potenciodinâmica em solução de saliva artificial. Os resultados mostram que a temperatura de nitretação tem forte influência na formação do TiN na superfície do substrato. O filme de ZrN depositado sobre as amostras nitretadas apresenta propriedades de dureza e resistência à corrosão que dependem da temperatura de nitretação, mesmo tendo sido depositados sem variação de temperatura. Esse comportamento sugere que os filmes são influenciados pela condição inicial da superfície antes da deposição. Os melhores resultados em termos de dureza e resistência à corrosão foram obtidos nas amostras tratadas em temperaturas mais elevadas. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-05T18:07:33Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Juliane Carla Bernardi.pdf: 2940702 bytes, checksum: 376b73745f740260fc19e7a6e8b5d900 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-05T18:07:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Juliane Carla Bernardi.pdf: 2940702 bytes, checksum: 376b73745f740260fc19e7a6e8b5d900 (MD5) / The present work aims to study about duplex treatment on the biomaterial Nitinol (NiTi). This treatment consists in titanium nitride (TiN) formed by plasma nitration, followed by zirconium nitride (ZrN) thin film deposition upon the nitrated surface. The study of crystalline phases present in the system was performed by X-ray diffraction technique (XRD). The morphology and thickness of the nitrated layer and thin film were evaluated by scanning electron microscopy (SEM). The mechanical properties were studied by nanoindentation analysis. In order to evaluate corrosive resistance tests of potenciodynamic polarization were performed in solution of saliva artificial. Results demonstrate that nitration temperature has a strong influence in the formation TiN on the substrate surface. The ZrN film depositated upon nitrated samples present hardness and corrosive resistance properties that depend on nitration temperature, even though ZrN films were depositated without temperature variation. This behaviour suggests that films are influenced by the initial surface condition before depositon. The best results in terms of hardness and corrosive resistance were obtained in samples treated at higher temperatures.

O carbeto de silício (SiC) é um semicondutor com propriedades adequadas para substituir o silício em dispositivos eletrônicos em aplicações que exijam alta potência, alta freqüência e/ou temperatura. Além disso, um filme de dióxido de silício (SiO2) pode ser crescido termicamente sobre o SiC de maneira análoga a sobre silício, permitindo que a tecnologia já existente para a fabricação de dispositivos utilizando Si possa ser adaptada para o caso do SiC. No entanto, filmes crescidos termicamente sobre SiC apresentam maior densidade de defeitos eletricamente ativos na região interfacial SiO2/SiC que no SiO2/Si. Assim, compreender a origem e os parâmetros que afetam essa degradação elétrica é um importante passo para a tecnologia do SiC. A primeira parte deste trabalho teve como objetivo compreender o efeito de parâmetros de oxidação (pressão de oxigênio e tempo de oxidação) no crescimento térmico de filmes de dióxido de silício sobre substratos de carbeto de silício. As oxidações foram realizadas em ambiente rico em 18O2 e a influência na taxa de crescimento térmico dos filmes de Si18O2 e nas espessuras das regiões interfaciais formadas entre o filme dielétrico e o substrato foram investigadas utilizando análises por reação nuclear. Para correlacionar as modificações nas propriedades investigadas com as propriedades elétricas das amostras, estruturas metal-óxidosemicondutor foram fabricadas e levantamento de curvas corrente-voltagem e capacitânciavoltagem foi realizado. Com isso, pretendeu-se melhor compreender a origem da degradação elétrica gerada pela oxidação térmica no SiC. Observou-se que a taxa de crescimento térmico dos filmes de SiO2 depende de um parâmetro dado pelo produto do tempo de oxidação e da pressão de oxigênio, para as condições testadas. O deslocamento da tensão de banda plana com relação ao valor ideal mostrou-se igualmente dependente desse parâmetro, indicando que uma maior degradação elétrica na região interfacial SiO2/SiC ocorrerá conforme o filme fica mais espesso devido ao aumento dos parâmetros investigados. Não observaram-se modificações nas espessuras da região interfacial SiO2/SiC e na tensão de ruptura dielétrica dos filmes de SiO2 atribuídas aos parâmetros de oxidação testados. Na segunda parte deste trabalho, visando minimizar a degradação elétrica da região interfacial SiO2/SiC gerada pela oxidação térmica do SiC, propôs-se crescer termicamente, em uma condição mínima de oxidação, um filme muito fino e estequiométrico de SiO2, monitorado por espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios X. Para formar filmes mais espessos de SiO2 e poder fabricar estruturas MOS, depositaram-se filmes de SiO2 por sputtering. As espessuras e estequiometria dos filmes depositados foram determinadas por espectrometria de retroespalhamento Rutherford com ou sem canalização. As estruturas MOS em que o filme fino de SiO2 foi crescido termicamente antes da deposição apresentaram menor deslocamento da tensão de banda plana com relação ao valor ideal e maior tensão de ruptura dielétrica do que as amostras em que o filme foi apenas crescido termicamente ou apenas depositado, confirmando a minimização da degradação elétrica da região interfacial SiO2/SiC pela rota proposta. O efeito de um tratamento térmico em ambiente inerte de Ar nas estruturas também foi investigado. Observou-se uma degradação elétrica na região interfacial SiO2/SiC devido a esse tratamento. Análises por reação nuclear indicaram que o filme fino crescido termicamente não permaneceu estável durante o tratamento térmico, perdendo oxigênio para o ambiente gasoso e misturando os isótopos de oxigênio do filme crescido termicamente com o do filme depositado. / Silicon carbide (SiC) is a semiconductor with adequate properties to substitute silicon in electronic devices in applications that requires high power, high frequency, and/or high temperature. Besides, a silicon dioxide (SiO2) film can be thermally grown on SiC in a similar way to that on Si, allowing that technology already used to fabricate devices based on Si to be adapted to the SiC case. However, the oxide films thermally grown on SiC present higher density of electrical defects at the SiO2/SiC interfacial region when compared to the SiO2/Si. Thus, the understanding of the origin and what parameters affect the electrical degradation is an important step to the SiC technology. The first part of this work aimed to understand the effect of oxidation parameters (oxygen pressure and oxidation time) in the thermal growth of silicon dioxide films on silicon carbide substrates. The oxidations were performed in an 18O2 rich ambient and the influence on the growth rate of the Si18O2 films and on the interfacial region thickness formed between the dielectric film and the substrate were investigated using nuclear reaction analyses. To correlate the modifications observed in these properties with modifications in the electrical properties, metal-oxide-semiconductors structures were fabricated and current-voltage and capacitancevoltage curves were obtained. The aim was to understand the origin of the electrical degradation due to the thermal oxidation of silicon carbide. It was observed that the growth rate of the Si18O2 films depends on the parameter given by the product of the oxygen pressure and the oxidation time, under the conditions tested. The flatband voltage shift with respect to the ideal value was also influenced by the same parameter, indicating that a larger electrical degradation in the SiO2/SiC interfacial region will occur as the film becomes thicker due to the increase of the values of the investigated parameters. No modifications were observed in the SiO2/SiC interfacial region thickness and in the dielectric breakdown voltage of the SiO2 films that could be attributed to the oxidation parameters tested. In the second part of this work, in order to minimize electrical degradation due to thermal oxidation of silicon carbide, a stoichiometric SiO2 film with minimal thickness was thermally grown, monitored by X-ray photoelectron spectroscopy. To obtain thicker films and to fabricate MOS structures, a SiO2 film was deposited by sputtering. The thicknesses and stoichiometries of the deposited films were determined by Rutherford backscattering spectrometry using or not the channeling geometry. The MOS structures in which a thin film was thermally grown before the deposition presented smaller flatband voltage shift and higher breakdown voltage when compared to SiO2 films only thermally grown or only deposited directly on SiC, confirming that the electrical degradation in the SiO2/SiC interfacial region was minimized using the proposed route. The effect of one thermal treatment in argon in the structures was also investigated. An electrical degradation in the SiO2/4H-SiC interface was observed. Nuclear reaction analyses indicated that the thin film thermally grown was not stable during the annealing, loosing O to the gaseous ambient and mixing O isotopes of the thermally grown film with those of the deposited film.

Zr-Si-N thin films were deposited by reactive magnetron sputtering to study silicon influence in the structure, morphology and properties such as hardness and oxidation resistance. Six thin films with silicon concentrations from 2.8 to 14.9 at.% were selected. Thin films morphology shows that there are no columnar grains, structure that is commonly observed in films deposited by sputtering. It was identified amorphous and crystalline areas in films microstructure, creating a structure composed by crystalline grains embedded in an amorphous phase, which were characterized by EDS as Zr and Si rich areas, respectively. XRD results indicate ZrN peaks intensity reduction and a broadening increase due silicon nitride segregation to grain boundaries, which is responsible for grain size reduction, that was calculated by Scherrer and reached magnitudes lower than 10 nm. XRD peaks displacement are observed for all samples and it can be explained due formation of a solid solution in which Si replaces Zr atoms in ZrN crystal lattice and due a strong interface between crystalline phase and amorphous one. XPS data reinforce the presence of compounds like ZrN and Si3N4 and it is also possible to infer the formation of a solid solution of Si in ZrN lattice. Oxidation tests were performed at temperatures in the range of 500°C to 1100°C. ZrN film is almost fully oxidized at 500°C, while films with high silicon content maintain ZrN grains stable at 700°C. When oxidized, ZrN films form monoclinic ZrO2 phase, but, in films with silicon addition, the stable phase is the tetragonal one. This happens due ZrN grain size reduction, because tetragonal phase has the lowest surface energy. Oxidation tests results confirm that there is a mechanism acting as diffusion barrier in films, preventing grains coalescence and oxygen diffusion into film structure. This mechanism is a direct consequence of silicon segregation process to grain boundaries, which ensures the formation of a nanostructure composed of ZrN grains embedded by an amorphous Si3N4 layer (nc-ZrN/a-Si3N4), allowing oxidation resistance improvement in at least 200°C. / Filmes finos de Zr-Si-N foram depositados por magnetron sputerring reativo para estudar a influência do teor de silício na estrutura, morfologia e propriedades como dureza e resistência a oxidação. Para tal, foram selecionados seis filmes com teor de Si entre 2,8 e 14,9 at.%. A morfologia demonstra que a estrutura colunar característica dos filmes depositados por sputtering não existe. A estrutura é composta por áreas cristalinas e outras amorfas, na qual os grãos cristalinos estão envolvidos pela fase amorfa, sendo que EDS detectou que estas fases são ricas em Zr e Si, respectivamente. Há redução de intensidade e alargamento dos picos de difração do ZrN, efeito provocado pela segregação do Si3N4 para região dos contornos, fato que propicia a redução do tamanho de grão, o qual foi calculado por Scherrer e atinge magnitude inferior a 10 nm. Os picos do DRX estão deslocados, fato justificado pela formação de uma solução sólida na qual o Si substituiu o Zr no reticulado do ZrN e pela forte interface formada entre as fases cristalina e amorfa. Dados de XPS reforçam a formação de uma estrutura bifásica de ZrN e Si3N4 e mostra indícios de que há uma solução sólida de Si no ZrN. Os ensaios de oxidação foram realizados em temperaturas de 500°C até 1100°C. O filme de ZrN praticamente se oxida a 500°C, enquanto nos filmes com altos teores de silício os grãos de ZrN se mantém estáveis até 700°C. Quando oxidado, os filmes de ZrN formam predominantemente ZrO2 na fase monoclínica, mas, nos filmes com adição de Si há a inversão para a fase tetragonal. Tal fato é fruto da redução do tamanho de grão, pois a fase tetragonal possui menor energia de superfície. Tais resultados ratificam que existe mecanismo atuando como barreira a difusão, o qual impede a coalescência dos grãos e a difusão do oxigênio. Este mecanismo é resultado do processo de segregação do silício para os contornos, o qual assegura a formação da nanoestrutura composta de grãos de ZrN embebidos por camada amorfa de Si3N4 (nc- ZrN/a-Si3N4) e permite aprimorar a resistência a oxidação em pelo menos 200°C.

O presente trabalho apresenta um estudo do tratamento duplex para o biomaterial Nitinol (NiTi). Este tratamento consiste em nitretação a plasma para a formação do nitreto de titânio (TiN), seguido de deposição de um filme fino de nitreto de zircônio (ZrN) sobre a superfície nitretada. O estudo das fases cristalinas presentes no sistema foi realizado pela técnica de difração de raios X (DRX). A morfologia e espessura da camada nitretada e do filme fino depositado foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). As propriedades mecânicas foram estudadas mediante ensaios de nanoindentação. Para avaliar a resistência à corrosão foram realizados testes de polarização potenciodinâmica em solução de saliva artificial. Os resultados mostram que a temperatura de nitretação tem forte influência na formação do TiN na superfície do substrato. O filme de ZrN depositado sobre as amostras nitretadas apresenta propriedades de dureza e resistência à corrosão que dependem da temperatura de nitretação, mesmo tendo sido depositados sem variação de temperatura. Esse comportamento sugere que os filmes são influenciados pela condição inicial da superfície antes da deposição. Os melhores resultados em termos de dureza e resistência à corrosão foram obtidos nas amostras tratadas em temperaturas mais elevadas. / The present work aims to study about duplex treatment on the biomaterial Nitinol (NiTi). This treatment consists in titanium nitride (TiN) formed by plasma nitration, followed by zirconium nitride (ZrN) thin film deposition upon the nitrated surface. The study of crystalline phases present in the system was performed by X-ray diffraction technique (XRD). The morphology and thickness of the nitrated layer and thin film were evaluated by scanning electron microscopy (SEM). The mechanical properties were studied by nanoindentation analysis. In order to evaluate corrosive resistance tests of potenciodynamic polarization were performed in solution of saliva artificial. Results demonstrate that nitration temperature has a strong influence in the formation TiN on the substrate surface. The ZrN film depositated upon nitrated samples present hardness and corrosive resistance properties that depend on nitration temperature, even though ZrN films were depositated without temperature variation. This behaviour suggests that films are influenced by the initial surface condition before depositon. The best results in terms of hardness and corrosive resistance were obtained in samples treated at higher temperatures.

Diploma thesis describes technology of pulse reactive magnetron sputtering of Al2O3 coating. Furthermore it deals with design of deposition process and testing new aluminium target. The technological window was determined by tests. As a result, it was possible to create Al2O3 coatings in the widest possible working range. The coatings created by apparatus PLS 160 were tested for optical properties in order to obtain transmittance. Besides the optical tests, the evaluation of mechanical properties and adhesion were performed. The obtained results from measurement were evaluated. Based on the results, some possible applications of the coating were suggested.

Objective of the present work is a broad investigation of the so called &amp;quot;target poisoning&amp;quot; during magnetron deposition of TiN in an Ar/N2 atmosphere. Investigations include realtime in-situ ion beam analysis of nitrogen incorporation at the Ti sputter target during the deposition process and the analysis of particle uxes towards and from the target by means of energy resolved mass spectrometry. For experiments a planar, circular DC magnetron, equipped with a 2 inch titanium target was installed in an ultrahigh vacuum chamber which was attached to the beam line system of a 5 MV tandem accelerator. A manipulator allows to move the magnetron vertically and thereby the lateral investigation of the target surface. During magnetron operation the inert and reactive gas flow were adjusted using mass flow controllers resulting in an operating pressure of about 0.3 Pa. The argon flow was fixed, whereas the nitrogen flow was varied to realize different states of target poisoning. In a fi?rst step the mass spectrometer was used to verify and measure basic plasma properties e.g. the residual gas composition, the behavior of reactive gas partial pressure, the plasma potential and the dissociation degree of reactive gas molecules. Based on the non-uniform appearance of the magnetron discharge further measurements were performed in order to discuss the role of varying particle fluxes across the target during the poisoning process. Energy and yield of sputtered particles were analyzed laterally resolved, which allows to describe the surface composition of the target. The energy resolving mass spectrometer was placed at substrate position and the target surface was scanned by changing the magnetron position correspondingly. It was found, that the obtained energy distributions (EDF) of sputtered particles are influenced by their origin, showing signi?ficant differences between the center and the erosion zone of the target. These results are interpreted in terms of laterally different states of target poisoning, which results in a variation of the surface binding energy. Consequently the observed energy shift of the EDF indicates the metallic or already poisoned fraction on target surface. Furthermore the EDF's obtained in reactive sputtering mode are broadened. Thus a superposition of two components, which correspond to the metallic and compound fractions of the surface, is assumed. The conclusion of this treatment is an discrete variation of surface binding energy during the transition from metallic to compound target composition. The reactive gas target coverage as derived from the sputtered energy distributions is in reasonable agreement with predictions from model calculations. The target uptake of nitrogen was determined by means of ion beam analysis using the 14N(d, )12C nuclear reaction. Measurements at varying nitrogen gas flow directly demonstrate the poisoning eff?ect. The reactive gas uptake saturates at a maximum nitrogen areal density of about 1.1016 cm-2 which corresponds to the stoichiometric limit of a 3 nm TiN layer. At sufficiently low reactive gas flow a scan across the target surface discloses a pronounced lateral variation of target poisoning, with a lower areal density in the target race track compared to the target center and edge. Again the findings are reproduced by model calculations, which confirm that the balance of reactive gas injection and sputter erosion is shifted towards erosion in the race track. Accomplished computer simulations of the reactive sputtering process are similar to Berg's well known model. Though based on experimental findings the algorithm was extended to an analytical two layer model which includes the adsorption of reactive gas as well as its different kinds of implantation. A distribution of ion current density across the target diameter is introduced, which allows a more detailed characterization of the processes at the surface. Experimental results and computer simulation have shown that at sufficiently low reactive gas flow, metallic and compound fractions may exist together on the target surface, which is in contradiction to previous simulations, where a homogeneous reactive gas coverage is assumed. Based on the results the dominant mechanisms of nitrogen incorporation at different target locations and at varying reactive gas admixture were identified. / Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung der Targetvergiftung beim reaktiven Magnetronsputtern von TiN in Argon-Sticksoff Atmosphäre. Die Untersuchungen beinhalten die Echtzeit in-situ Ionenstrahlanalyse des Stickstoffeinbaus in das Titantarget während des Depositionsprozesses sowie die Analyse der Teilchenflüsse vom – und hin zum Sputtertarget mittels energieaufgelöster Massenspektrometrie. Das Magnetron wurde in einer Vakuumkammer installiert, welche an die Beamline des 5 MV Tandembeschleunigers angeschlossen war. Die Position des Magnetrons konnte mittels eines Manipulator verändert werden, was die laterale Untersuchung der Targetoberfläche ermöglichte. Während des Magnetronbetriebes wurde der Argonfluss in die Kammer konstant gehalten, während der Stickstofffluss variiert wurde um verschiedene Ausprägungen der Targetvergiftung zu erreichen. In einem ersten Schritt wurden die Eigenschaften des Plasmas, z.B. die Zusammensetzung des Sputtergases, das Verhalten des Reaktivgaspartialdruckes, das Plasmapotenzial und der Dissoziationsgrad der Reaktivgasmoleküle im Plasma, mit dem Massenspektrometer ermittelt. Aufgrund der ungleichmäßigen Gasentladung vor dem Magnetrontarget, wurden auch lateral variierende Teilchenflüssen und eine ungleichmäßige Targetvergiftung angenommen. Die Energie und die Ausbeute von gesputterten Teilchen wurde deshalb lateral aufgelöst untersucht. Das Massenspektrometer wurde zu diesem Zweck am Ort des Substrates positioniert und die Targetoberfläche konnte gescannt werden indem die Magnetronposition verändert wurde. Die so aufgenommenen Energieverteilungen der gesputterten Teilchen zeigen eine räumliche Abhängigkeit. Teilchen die aus dem Targetzentrum stammen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Energie signifikant von den Teilchen die in der Target-Erosionszone gesputtert werden. Dieses Resultat zeigt die ungleichmäßige Targetvergiftung, wodurch es zu einer Veränderung der Oberflächenbindungsenergie kommt. Über die Verschiebung in der Energieverteilung lässt sich somit der Zustand der Targetoberfläche beschreiben. Diese experimentellen Ergebnisse zeigen Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Modellrechnungen. Der Stickstoffgehalt des Targets wurde weiterhin mittels Ionenstrahlanalyse (NRA) bestimmt. Messungen bei verschiedenen Stickstoffflüssen demonstrieren direkt die Vergiftung des Targets. Die maximale Stickstoffkonzentration sättigt bei einem Wert, der dem Stickstoffgehalt in einer ca. 3 nm dicken Titannitridschicht entspricht. Bei ausreichend niedrigem Stickstofffluss zeigt die Messung quer über den Targetdurchmesser eine Variation im Stickstoffgehalt. Die Stickstoffkonzentration in der Erosionszone ist deutlich geringer als im Targetzentrum oder am Targetrand. Die Resultate wurden wiederum durch Modellrechnungen bestätigt. Die durchgeführten Computersimulationen basieren auf Sören Bergs Modell des reaktiven Sputterprozesses. Der Algorithmus wurde jedoch auf der Basis der experimentellen Ergebnisse erweitert. Das Modell beinhaltet nun Mechanismen des Reaktivgaseinbaus in das Target, wie Adsorption, Implantation und Recoilimplantation. Des Weiteren wurde die Ionenstromverteilung als Funktion des Targetdurchmessers in das Modell aufgenommen, was eine detailliertere Beschreibung des Prozesses ermöglicht. Die experimentellen Ergebnisse und die Resultate der Computersimulation zeigen, dass bei niedrigen Reaktivgasflüssen metallische und vergiftete Bereiche auf der Targetoberfläche gemeinsam existieren. Das ist im Widerspruch zu älteren Simulationen, in denen von einer homogenen Targetbedeckung durch das Reaktivgas ausgegangen wird. Basierend auf den Ergebnissen wurden die dominierenden Mechanismen des Reaktivgaseinbaus in das Sputtertarget, in Abhängigkeit von der Position und von der Sputtergaszusammensetzung, identifiziert.

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[pt] Este trabalho pode ser dividido em três etapas principais: síntese das nanopartículas, deposição de filmes finos e litografia por feixe de elétrons. As nanopartículas magnéticas foram sintetizadas pelo método de co-precipitação a partir de sulfato de ferro II (FeSO4), cloreto férrico (FeCl3) e hidróxido de amônia (NH4OH) à temperatura ambiente. Para prevenir a formação de agregados, foi adicionado nitrato de sódio (NaNO3) em pequenas quantidades, que se mostrou bastante eficiente. Em seguida foram produzidos filmes de magnetita utilizando o sistema de pulverização catódica usando fonte de radiofrequência (sputtering RF). Os alvos foram produzidos por compactação das nanopartículas de magnetita produzidas anteriormente. Os filmes finos foram depositados em substrato de silício. A formação de magnetita durante a deposição foi confirmada por difração de raios-x e magnetômetro de amostra vibrante. Uma vez controlados os parâmetros de deposição, foram produzidos arranjos de magnetita. A litografia por feixe de elétrons foi produzida em substrato de silício recoberto com máscara de PMMA (polimetilmetacrilato) de 250 nm de espessura. Foram produzidos arranjos periódicos de formas básicas a modo de testar a técnica de litografia: quadrados de 1 μm e círculos de 1 μm, 500 nm e 250 nm de diâmetro formados de um filme de magnetita de 80 nm de espessura. A espessura do filme, forma, tamanho e separação das figuras que compõem os padrões litografados influenciam na facilidade com que será retirada a mascara de PMMA. / [en] This work can be divided into three main steps: synthesis of nanoparticles, thin film deposition and electron beam lithography. The magnetic nanoparticles were synthesized by co-precipitation method from iron II sulfate (FeSO4), ferric chloride (FeCl3) and ammonium hydroxide (NH4OH) at room temperature. A small amount of sodium nitrate (NaNO3) was added to avoid the cluster formation, which was very efficient. Then the magnetite thin films were produced using the sputtering RF (radio frequency source) system. The targets were produced by compression of magnetite nanoparticles previously produced in the first step. The thin films were deposited on a silicon substrate. The formation of the magnetite after the deposition was confirmed by x-ray diffraction and vibrating sample magnetometer. The arrays of magnetite were made once the deposition parameters were controlled. The electron beam lithography has been produced on silicon substrate covered of PMMA (polymethylmethacrylate) resist 250 nm thick. Were produced periodic arrays of basic forms a way to test the technique of lithography, a square micron circles 1 μm, 500 nm and 250 nm in diameter formed of a magnetite film 80 nm thick. The film thickness, shape, size and separation of the figures which comprise standards lithographed can influence the ease with which the mask is withdrawn from PMMA.