Influência da densidade de potência e da pressão de deposição

A variação dos parâmetros de processamento, nomeadamente a Prf e a Pdep, não resulta,

como referido no ponto 4.2, em qualquer alteração estrutural dos filmes de IZO. No entanto, no caso das propriedades morfológicas dos filmes existe uma influência desses mesmos parâmetros como se pode verificar pelas imagens de AFM representadas na Figura 4.8. De facto, com o aumento da Prf de 1,65 para 2,19 W cm

-2

verifica-se a formação de pequenos aglomerados na superfície dos filmes. (Figura 4.8 (a)) Estes aglomerados, que se encontram distribuídos aleatoriamente, apresentam uma altura compreendida entre os 2 e os 10 nm, e uma largura variável entre os 10 e os 100 nm que contribuem para o aumento da rugosidade para 0,98 nm. Tal como mencionado no ponto 4.1, com o aumento da densidade de potência as espécies pulverizadas (átomos, iões e moléculas) chegam ao substrato com uma energia superior, permitindo desta forma que se desloquem na superfície do mesmo formando estes pequenos aglomerados. Este mecanismo é frequentemente observado em óxidos policristalinos, onde o aumento da densidade de potência favorece o crescimento dos grãos devido ao consequente aumento da mobilidade das espécies pulverizadas.[7, 54, 55] Assim, estas espécies migram para posições na rede cristalina onde as suas ligações sejam optimizadas favorecendo a nucleação e o crescimento dos grãos, e naturalmente aumentando a cristalinidade dos filmes. [7, 54, 55] Com o aumento da Prf para 2,74 W cm-2 denota-se,

para além da formação de aglomerados, a formação de pequenas cavidades na superfície dos filmes. (Figura 4.8 (b)) Neste caso, a energia das espécies que chegam ao substrato é de tal forma elevada que estas acabam por remover parte do material já depositado, danificando assim a superfície dos filmes, o que contribui para uma rRMS de 0,98 nm.

[7, 55, 56]

Ainda de referir que não se observaram diferenças entre a morfologia dos filmes depositados com uma Prf de 1,10 W cm

-2 comparativamente com a dos filmes obtidos a 1,65 W cm-2. No que se refere à influência da pressão de deposição, apenas foram detectadas alterações da superfície dos filmes quando esta foi reduzida para 0,10 Pa (Figura 4.8 (c)). Para baixos valores de Pdep, as espécies pulverizadas chegam ao

substrato com uma maior energia devido ao aumento do seu livre percurso médio, como referido no ponto 4.1. Analogamente ao discutido para uma Prf =2,19 W cm

-2

este acréscimo de energia permite que as espécies se movam e que se formem estes pequenos aglomerados que, mais uma vez, se traduzem num aumento da rugosidade dos filmes (rRMS=1,18 nm ).

Figura 4.8 Imagens da superfície e o respectivo perfil obtidos por AFM para os filmes depositados com %In=83

%, %O2=0,65 % e diferentes: (a) Prf=2,19 W cm-2; (b) Prf=2,74 W cm-2; (c) Pdep=0,10 Pa. Observa-se a formação

e alguns defeitos superficiais em relação aos filmes apresentados na Figura 4.7. 4.3.3. Influência do tratamento térmico de recozimento

Na Figura 4.9 encontram-se representadas as morfologias obtidas por SEM (Figura 4.9 (a); (c)) e AFM (Figura 4.9 (b); (d)) para os filmes de In2O3 e ZnO recozidos ao ar a uma temperatura de 500 ºC durante 1 hora. Para estes filmes não se verificam alterações significativas da conformação dos diferentes domínios observados à temperatura ambiente (Figura 4.7), verificando-se apenas o

crescimento dos mesmos, característica mais evidente nos grãos que constituem os filmes de ZnO. Para além deste crescimento, observa-se igualmente um aumento da rRMS para 2,02 nm e 2,25 nm

para, respectivamente, os filmes de In2O3 e ZnO. O aumento da temperatura fornece aos átomos energia suficiente para se reorganizarem na rede cristalina, favorecendo assim o crescimento do grãos e aumentando a cristalinidade dos filmes, como também evidenciado pelo aumento da intensidade relativa dos picos de difracção, visto no ponto 4.2.2.[13, 49]

Figura 4.9 Imagens da superfície dos filmes recozidos a 500 ºC durante uma hora obtidas por: SEM (a) In2O3;

(c) ZnO e por AFM (b) In2O3; (d) ZnO.

Com o processo de recozimento a morfologia dos filmes de IZO apresenta alterações significativas em consonância com as alterações estruturais observadas e que se encontram relacionadas com concentração de In, como se pode constatar pela Figura 4.10. Os filmes depositados com uma %In=93 %, que como visto no ponto 4.2.2 apresentam uma estrutura cristalina quando recozidos a 300 ºC, mostram uma morfologia bastante distinta da obtida à temperatura ambiente. (Figura 4.10 (a); (b)) Na sua superfície é possível observar-se o início da individualização dos diferentes domínios, com a formação de pequenas estruturas granulares e bacilares nas suas fronteiras. Com o aumento da temperatura de recozimento para 500 ºC, a definição destes domínios torna-se mais evidente, resultando no desaparecimento das estruturas

bacilares das suas fronteiras, como se pode aferir mais claramente através da Figura 4.10 (c). Na figura Figura 4.10 (d) (varrimento de 5x5 m2

) é possível observar-se a existência de domínios com diferentes topologias, apresentando um tamanho variável entre 1 e 3 m e uma rRMS de 1,27 nm,

como resultado da cristalização dos filmes.

Figura 4.10 Imagens da superfície dos filmes de IZO (%In=93 %) recozidos a 300 e 500 ºC durante uma hora

ao ar obtidas por: (a) SEM (300 ºC); (b) AFM (300 ºC); (c) AFM (500 ºC); (d) AFM (500 ºC). Estas alterações superficiais encontram-se relacionadas com a cristalização dos filmes constatada no ponto 4.2.2.

Com a diminuição da concentração de In para 83 % apenas se observam alterações na superfície dos filmes (Figura 4.11 (a)) quando o recozimento é realizado a 500 ºC que, como referido anteriormente, corresponde à temperatura de cristalização dos filmes com esta composição. Neste caso, a superfície do filme é formada por pequenos grãos compactamente distribuídos que resulta num aumento da rRMS para 0,85 nm. As diferenças superficiais observadas para os filmes com uma

%In de 83 e 93 % recozidos a 500 ºC encontram-se fundamentalmente relacionadas com o processo de cristalização. No primeiro caso as cristalites cresceram mais rapidamente segundo o plano (222), enquanto no segundo esse crescimento foi mais evidente segundo o plano (444). (ponto 4.2.2) Para os filmes depositados com os alvos contendo uma %In<83 % não foi registada

qualquer alteração morfológica, (Figura 4.11 (b)) corroborando assim a estrutura amorfa constatada pelos difractogramas da Figura 4.6.

Figura 4.11 Imagens da superfície dos filmes de IZO recozidos durante uma hora ao ar a 500 ºC: (a) %In=83

%, onde é possível observar-se o aparecimento de alguns grãos superficiais; (b) %In=50 %, em que não se observou qualquer alteração na superfície dos filmes. Estas alterações superficiais encontram-se relacionadas

com a cristalização dos filmes constatada no ponto 4.2.2..