SÍNTESE GERAL DO TRABALHO

O trabalho aqui descrito mostra um estudo realizado sobre o xenônio (Xe) implantado em uma matriz de silício amorfo (a-Si). A implantação de Xe foi realizada a baixas energias utilizando a técnica denominada de Deposição Assistida com Feixe de Íons (IBAD). Para isto um feixe de íons de Xe com energia de 1500 eV, obtido de um canhão tipo Kaufman, foi utilizado para a realização de sputtering de um alvo de silício. O Si pulverizado se depositava em um substrato formando um filme de a-Si. Ao mesmo tempo, outro feixe de Xe de energia variável (0 a 300 eV) implantava átomos na rede do a-Si que estava em formação, obtida com o primeiro canhão. Como neste caso o elemento foi “implantado” na matriz ao mesmo tempo em que o filme se formava, esta técnica foi denominada de “implantação assistida”.

A designação de baixas energias foi enfatizada quando comparada a implantação convencional, pois a implantação assistida utilizou uma faixa de energia de 0-300 eV, enquanto que a implantação convencional utiliza uma faixa tipicamente da ordem de milhares de elétron-volts. Tecnicamente o aparato de um sistema para implantação assistida é bem mais acessível comparado a um aparato de implantação convencional, ou seja, mais simplificado. À parte dos detalhes, é suficiente mencionar que o sistema de implantação é

118 uma máquina bem menos robusta pela sua simplificação. Evidentemente, os propósitos entre ambos os sistemas podem divergir não sendo adequados para determinada situação, tanto de um como de outro sistema. As vantagens que aparecem no sistema de implantação assistida é a distribuição homogênea dos átomos implantados dentro da matriz. Em situações que possam existir aglomerados do elemento implantado eles também devem se distribuir homogeneamente pela matriz. A característica do canhão tipo Kauffman não permite uma implantação localizada nas amostras, mas isso pode ser driblado com uso de máscaras, caso esta situação seja desejada.

Outro fator de grande relevância e que foi essencial neste trabalho foi que a implantação assistida permitiu alcançar alto percentual de Xe dentro da matriz chegando até ~5%, sendo semelhante ao que se obtém por implantação convencional. Outra situação interessante é que no caso específico do Xe, elemento de grande massa, tal concentração eleva a densidade do material. O aumento da densidade pode ser atribuído ao fenômeno de compactação. Contudo, neste caso de alto percentual de elementos pesados, como no caso do Xe, a densidade é aumentada sem necessariamente a matriz ser compactada.

A homogeneidade da distribuição do Xe na matriz permitiu cruzar as informações da técnica de XPS com XAS, pois a primeira é atribuída a análise das primeiras monocamadas atômicas, enquanto que a última investiga mais profundamente o material. O uso conjunto das técnicas de excitações atômicas, XPS e XAS, é normalmente utilizado para análises químicas do material. XAS tem sido utilizada para sondar ambientes físicos como mostrado em vários trabalhos de referência, porém para XPS não é observado na literatura uma exploração da técnica neste sentido, como o propósito exposto aqui para investigar Xe em Si. Os resultados experimentais foram complementares confirmando que o Xe, majoritariamente, se encontra disperso pela matriz, independentemente da energia utilizada para implantá-lo.

Um dos precedentes para a formação de aglomerados de Xe é a pressão intrínseca da matriz. Uma maneira de mensurar essa pressão foi sondar o stress intrínseco, cujos resultados não se mostraram tendenciosos com a energia usada, dando indicação que, de fato, a formação de aglomerados pressurizados é pouco suscetível. Essa pequena suscetibilidade foi observada minoritariamente por projeções teóricas para as amostras que

119 tiveram maior percentual de Xe, isto é, as simulações teóricas indicaram contribuições pouco expressivas de aglomerados não maior que 6 átomos de Xe na formação do espectro de XAS.

Os modelos teóricos usados nas simulações serviram como artifícios e foram bastante satisfatórios para rastrear o ambiente do Xe dentro da matriz do Si. Os modelos trataram basicamente do Xe em três aspectos de cavidades: pequena, média e grande; quanto da interação do Xe com o Si. Cada aspecto foi tratado separadamente e, considerando que a amostra é amorfa (as distâncias entre os átomos não segue uma base, isto é, não definem uma rede), a aproximação muffin tin acaba por não ser tão eficiente, já que o átomo nas cavidades, média e grande, tem comportamento de átomo isolado ou adsorvido.

De forma conclusiva, a investigação do Xe em filmes de Si revelou que existe uma energia de implantação onde se atinge o máximo de incorporação do Xe em a-Si. Esta energia é da ordem de 50 eV, acima desta energia o rendimento de sputtering começa a comprometer a amostra e pode ser que o solubilidade do Xe em Si esteja próxima do seu limite. Nesta mesma energia há diminuição mais acentuada na razão dos íons de Xe para os átomos de Si que chegam ao substrato, podendo então favorecer a peculiaridade para esta amostra com maior concentração de Xe. Ainda, nesta faixa de energia é que se obtém uma maior compactação das amostras pela redução dos defeitos da matriz. O grande percentual do Xe e a compactação da matriz, permitem observar valores elevados de densidade para amostra a-Si(Xe).

Os resultados de XAS indicaram que os átomos de Xe devem estar dispersos ao longo da matriz e os sinais simulados de espalhamentos indicaram a natureza em torno desses átomos dispersos com indicações “tímidas” de aglomerados.

Os dados de XPS e XAES conduziram as informações do aprisionamento do Xe em diferentes defeitos, isto é, cavidades pequenas e grandes, cuja constituição majoritária na matriz foram induzidas pelas energias de implantação. Essas informações foram obtidas através dos deslocamentos dos níveis de energia eletrônico, em consequência das mudanças do ambiente químico, dos átomos de Xe, em correspondência aos tamanhos das cavidades. Esses deslocamentos são nada mais que as variações da energia de ligação. Quanto maior o

120 deslocamento, maior é a interação do átomo de Xe com a matriz de Si, ou seja, maior a “contribuição de estado inicial”. Assim, o aumento na interação do Xe com a matriz de Si são indícios de uma menor cavidade, razão pela proximidade entre os átomos. Essa proximidade foi sondada pela energia de relaxamento extra-atômico. Nos casos em que os átomos de Xe se mostraram próximos da matriz (cavidade pequena) menor era o efeito de relaxamento atômico e quanto menos próximos (cavidade grande) o relaxamento extra- atômico foi maior. A razão para ocorrer o relaxamento extra-atômico depende da ocorrência ou não da blindagem eletrônica. Essa blindagem ocorre pelo movimento de contração dos elétrons vizinhos em direção ao átomo excitado em questão.