Espelhamento multidieletrico

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS INSTITUTO DE FfSICA

ESPELHAMENTO /.lU L TIDI EL ETR I CC

TliERESINiiA DE JESUS BARRETO SERRA TESE APRESENTADA AO INSTITUTO DE

FfS~CA PARA A OBTENÇÃO DO TfTULO .DE MESTRE E~f CIENCIAS

ORIENTADORA: ZORAIVE P. ARGOELLO

OUTUBRO DE 1972 . •

AGRADECIMENTOS

à p4o6eaa64a Zohaide P4ime4ano AhgUello pela o-hientaçio e amizade.

Ao CNPq, FAPESP e Minlatihio do Plan~jamento eu-joa auxilioa poaaibilitaham a áohmaçio do labo4atÕhio em que ae healizou b t4abalho.

Ao Magni6Ieo Reitoh 04. Zeáehino Vaz e ao P4o6. Rogihia Ciaah de Cehqueiha Leite pela opohtunida~e a6eheeida I

paha o deaenvolvimenta.do t4abalho de Meathado neata Univehaida de.

Ao ah. Rieha4d Landeha pelai thabalhaa heallza -doa no Computadah.

Aó Joai Cahlaa pelo aeu eonatante lneentlva.

A todoa que eonthlbulham na heallzaçio deate tha balho o meu pho6undo 4eeanheelmento.

~ I

N D I C E

-Indr.odução • • o • o • • • • • • • • o o o • o • • • o • o • • • o o • o o • • • • o o o • • o • • • • 1

Parte I

I. a Resumo Teórico 4

Parte I J'

II. a Nontagem Experimental . . . • . . . • 12

II.b Fatores que Influenciam o Processo de Evaporação ... 21

Parte I I I. a I I I , b I I I. c I I L d I I I Proce~imehto Experimental Superffcie Anti-Refletora

Superffcie Semi e Totalmente Refletora . . . .. Espelhos de Proteção . . . .. Parte IV Conc_l usão t\nPndi CP I

....

-.. .. -23 28 28 29 42 Programa de Cor1putador . . . . • . . . 43 Apêndice II

Estudo da posição ideal a ser colocado o substrato sõbre uma placa plana . . . - 45

INTRODUÇJ'iO

Um material comporta-se como um filme fino para uma radiação eletro-magnetica quando em uma direção suas dimensões são da ordem do comprimento de onda dessa radiação.

Tal caracter1stica, em geral associada

a

uma grande

relação entre sua superf1cie (S) e espessura {d), faz com que

o material tenha suas propriedades fortemente alteradas,devido

ãs influ~ncias de problemas de superf1cies.

O estudo de tais prripriedades, alem de seu inter~sse

intr1nseco, e de importinci~ fundame~tal para vãrios aspectos

da tecnologia atual.

Ass{m, a compreensão sob o aspecto Õtico (1) do com

portamento de radiações vi s1v.ei s ao encontrarem um filme trans

parente e homog~neo levou i concepção e construção das chama

-das superf1cies anti-refletoras e altamente refletoras. Sem as primeiras seria por exemplo, bastante dificultado o desenvolvi mento de todos os campos onde o microscópio Õtico e ferramenta indispensãvel. As segundas são elementos bãsicos no funciona-mento da maior parte dos Lasers de baixo ganho, hoje em funcio namentü.

O estudo das propriedades eletricas de filmes tem um

papel relevante na micro-eletrõnica atual (2), (3), (4} desde

que, quase tÕda a técnica de circuito integrado inclue a utili .zação de filmes finos.

Podemos citar ainda, ter sido através do estud6 das·

propriedades térmicas de filmes finos, que as variações de tem pera~ura no interior de satélites artificiais foram evitadas.

Estes sendo transisto.rizados exigem t~mperatura priticamente

constante, o que foi conseguido cobrindo-os com um filme de

Al protegido por filmes SiO, Si ₂

o

3 {5) .

. Estes são alguns exemplos dos vãrios campos onde fil

mes finos são aplicados e que justificam amplam~nte, a nosso I

ver, seu estudo METODOS DE OBTENÇ1'i0

Os métodos usados para a obtenção de fi~mes podem I

-ser classificados como qufmicos e ffsicos, segundo dependam de uma reaçao qufmica ou de um processo ffsico durante a sua forma çao (6).

Metodos Qufmicos:

Distinguem-se os processos:

a) deposição eletrolftica - os filmes são crescidos

em cãtodos de metal_ sendo o processo baseado

nas leis da eletrÕlise.

b) obtenção de filmes diretamente de ~Dluções pela

reação da ·solução com a superffcie em que vai ser feito o depósito sem a utilização de eletrodos.

c) anodização: usado na formação de filmes óxidos s~

bre superffcies ~etãlicas. Depende da migração I

dos ions de 0₂ para a superffcie do anodo atra

-ves do meio que em geral ã agua.

d) deposição a partir do vapor: obedecendo as equa -çoes: 1) redução na oxidação: reaçao de oxidação: AB 2 + H2D -> AO + 2HB reaçao de redução: AB 2 + H2 -> A + 2HB 2) decomposição:

AB

->

A

+

B

3) desproporção:

A

+ AB 2 ~ 2AB Metodos Ffsicos:

Distinguem-se dois processos: evaporação e Sputtering*

a) evaporação: O material e levado a evaporar por a

quecimento no Vãcuo, condensando-se quando encontra uma superffcie suficientemente fria. Tal su -perffcie e usualmente chamada de substrato.

b) Sputtering - Uma descarga em atmosfera inerte pr~

-voca uma corrente cat6dica entre o material (utiliz~

do como citodo) e o anodo. Este cont~m o substrato a

ser recoberto. Tais filmes em geral são mais puros /

quTmicamente que os obtidos por evaporação, pois

a-qui não hã contaminação pelo maferial da fonte. O presente trabalho se enquadra no estudo e aplica

-çoes das propriedades 6ticas de filmes finos, obtidos pela t~c­

nica de evaporação. Visa o cálculo e obtenção de superfícies r~

fletoras e anti-refletoras atrav~s de sistemas de multicamadas.

A introdução da técnica de deposição multidieletrica levou a

r~sultados que oferecem base s6lida para trabalhos posteriores. Procuramos durante sua execução colàborar co1n os demais setores do Instituto de Física, calculando e obtendo experimentalmente aqueles "dispositivos por eles solicitado&.

*Procuramos, na medida do possível, traduzir os termos t~cni­

cos empregados, tendo o cuidado para evitar ambig~idades. de

escrever entre parenteses ( ) o termo original.

-PARTE I

As propriedades Õticas de uma superfície sao

altera-das pela deposição de fil~es finos, devido ãs modificações por

eles.introduzidas ã propagação da luz incidente.

Considere-se que s5bre a superfície de um meio S (s! bstrato) qualquer sejam depositados um ou mais filmes formando

assim siste~a simples ou de multicamadas respectivamente. As I

relações entre a intensidade da luz incidente no sistema e a

luz por ele refletida e transmitida conduzem ã. classificação I

de· sua superfície em anti-refletora, refletora ou filtros. O

cãlculo matemãtico siçã·o· de

~rell que

condições

dessas relações ~ possível mediante ã

impo-de contôrno aimpo-dequadas iis equações de nax

-descrevem a propagação da luz nos diversos meios que

compoe o siste~a.

N~ste trabalho sera considerado a propagaçao da luz

atráv~s de meios homog~neos,i~otropos, contínuos e transparentes. Desprezandose efeitos de difusão a equaçao de conserva -ção de energia e: ond~: R + T

=

1 R = refletividade T

=

transmissão ( I - 1 )

Procuraremos sempre que possível evitar detalhes re-lativos a desenvolvimento matemãticos desde que estes

ser fãcilmente encontrados na bibliografia indicada.

!.a Resumo Teõrico

podem

O cãlculo de dispositiVos_Õticos de multicamadas ba~

seia-se essencial~ente no estabelecimento de condições de

in-terferência entre os feixes de luz refletidos nas diferentes 1

interface~ de uma superposição de filmes transparent~s. Isto e

exemplificado na fig 1.

Nesta figura adotando-se uma representação

geometri-ca i, r e t representam respectivamente o raio de luz

inciden-te, refletido e transmitido pelo filme 2. 1 e 3 são 2 meios se

·mi-infinitos de Índices de refrações n₁ e n₃ ; d e n são a

-pessura e o Índice de refração do filme.

As condições de interferência positiva ou negativa -tanto par a a 1 u z r e f 1 e ti da c.o mo par a a 1 u z t r a n s mi ti da p e 1 o fi.!_

me são depententes dos Índices dos meios 1 e 3 e da espessura

Q

tica nd do filme, que pode ser controlada durante sua deposição.

E

importante notar aqui que camo n ê função do comprimento de 1

onda À da luz incidente os resultados obtidos para _dispositivos

empregando filmes são especfficos para cada valor de À.

Para que as condições de interferência e continuidade das equações de ilaxwell sejam asseguradas,o cálculo desses dis-positivos tem sua complexidade grandemente aumentada com o nüme

rode filme~ considerados sendo, em geral, adotadas

·simplifica-... ..-: ...

I,...OIIUUU.::O •

H.Anders (7) apresenta os resultados obtidos quando I

uma radiação de comprimento de onda À incide num sistema de fil

mes homog~neos. Para incid€ncia normal e meios não absorventes

obtêm-se para duas, três e quatro interfaces (Fig.2, 3, 4) as

seguintes expressoes:

Para duas interfaces

. I ' I I FIG. 2 -ill 2 rl + r2 e 1 R = _{( I - 2 )} 1 + r -ill 1r2e 1 - 5

-Para três interfaces: n.e.

1

r3 I I d . I n2 I 2 r2 I I _d1 I n1 I _r1

r

1

no FIG. 3

-ill -i (fi + _fi2) -i fi 2

r + _r2 e 1 + _r3 e 1 + _r1r2r3 e 2

R = . 1 - _{( I}

_-

₃₎

e-ifi1 -i (fi + fi2) -i fi

1 + _r1r2 + _{r1r3 e} 1 + _{r2r3 e} 2

Par a quatro interfaces:

n.e. r4 I d~ _,, n3 r3 d2 n2 r2 d1 n1 r1

I1

no FIG. 4 R "

fi2) -i{fi1 +·/:; + fi3)

+ _{r4 e} 2 +

+

-6-2 + 63) e-i ( 61 r2r3r4 (I - 4) -i ( 6 r1r2r4 e 1 + 63) .onde n.e = ni = d. = 1 6. = 1 r i = foi usada indice de indice de espessura 4IT/À n. d. 1 1 a seguinte nomenclatUra: refração do substrato refração do meio i geomftrica do meio i

variação de fase _devido ao caminho o- (I - 5)

tico nidi percorrido pela radiação no meio i n.

1 ~ n.

~1_--~--~1

coeficiente de Fresnel nas interfaces ( I - 6 )

ni-1

+

ni dos meios i e i - 1.

Da expressão (I-6) vemoi que se ni> ni-l o coeficie~

te de Fresnel fica negativo. Isto f1sicamente significa uma d~

fasagem de n entre a onda refletida·e incidente.

Consideremos o caso de um sistema simples. ~ partir

de (I-2) verifica-se que existem duas condições indeoendentes

~ara zeros de refletividade do sistema:

, ' -~ -

-' 1- "1 - "o••.e. (I - 7)

e para um comprimento de onda À₀ tal que a espessura 6tica se

j a : , Ào n1d1 =(2m+ 1) 4 m = 0,1,2,. 2) n1 qualquer e n0 = ni

e para um comprimento de onda Ào tal que a espessura Õtica seja

À o

n₁d

1 =m ₂ m=l,2, ...

Quando estas condições limites não são obedecidas a·

refletividade calculada segundo ( I - 2 ) variarã tinto com a

espessura 6tici como com o indice de refração do filme deposi-tado.

-.

A Fig. 5 mostra a refletividade de uma supaerficie de

indi c e de refração n,e_ = 1 ,52 no ar (n

0 = 1) em função de n1 d1,

para diversos valores de n₁.

Observa-se que:

-

R _{aumenta par a nl> ",e_ atingindo seus valores máximos}

para

À o

nldl = (2m + 1 ) m =

o.

1. ..

4

-

R diminue para _"1 <

".e

atingindo valores míni!i;os

pa-r a

m=D,l ... - para qualquer valor de n a refletividade nao se alte ra se a caDada for

m=l,2, ...

Queremos salientar no entanto que, embora filmes de e~

pessura (2m+ 1) A

0/4 apresentem para esse valor de com~rimen­

to de onda a mesma refletividade, não são equivalentes. A fir. ~mostra a variação da refletividade com o comrrine~to de onda uma vez fixaua.a

sos específicos:

istü e, puru os

c.::-Observe-se a rãpida variação para valores de R corres

_.

_-

-pondentes

ã

filmes de espessura 3 A₀/4 comparados aqueles de I

mesmo Índice e espessuras correspondentes a A

0/4.

Observe-se tamb~m, que não necessãriamente um~ superf!

cie terá sua refletividade diminuída se s6bre ela for deposita

da um fil~e de menor indice de refração. A condição realmente

necessária e suficiente ~ que r

1 e r2 dados por (I-6) sejam de

mesmo sinal. Caso contrário a l"efletividade· aumenta.

Como já foi dito, para sistemas compo~tos por mais d2

dois filmes o cálculo direto de p torna-se bastante complicado ·se se pretender uma so.l ução geral aplicável a uma suscessao de

-R0 lo 36 34 28 24 1 - 2, 20 , .... , , 16 I \ I \ ~ t \ 8 I \ I \ 4

~~~---~~~---~'~--"1-

"2 - 1,52 ' ,.-/' -~-- .,;;r· ·~ ·-...;. · · ·--·-·""="·---> n • 1 , 2 3 1 'AI4 n1 d1 f"IG.5 R0_/o 36

....

"

32 I _2,4- Ào/4 I

'

28 I \ I

_\

-3Ào/4 24 _I \2.4 20 I _/

\

...

,o -

>..o/4 16 /

"

\

I

I I

'

\

12 _{I I}

'

_\

"

8

I

_/ I

'

_'-1:2. \

_{o -}

_{3À o /4} / 4 _{.-·-·-1,2- 3Ào/4} . - ··---1

-

Ào/4 450 500 550 600 6 50 700 750

mu

f"l~. 6

-9-filmes com. espessuras e indices de refração quaisquer (8). A

a-nilise tanto tefirica co~o experimental leva â conclusio que os

mel_hores resultados para se obter superficies altamente reflet~

ras sio encontradas quando se intercala uma superficie de baixo indice de refraçio entre duas de alto indice. sendo a espessura fitica dos filmes Ào/4. Essa sucessio de filmes pode ser caracte rizada pela sequência

n 1 , n 2 , n 1 , n 2 , .•• , nl

Para o sistema perifidico da Fig. 7, onde cada periodo

e formado por dois filmes de espessuras fiticas Ào/4 e indices 1

de refraçio n₁ e n₂, Gorn e \-!olf (9) 'chega a expressão 0eral p~

ra iJ + 1 per iodos:

FIG. 7 2f.l - 2

(I-8)

Dbviamente a refletividade aumenta com M e com o aumen

to da relação n

1

;n

2.

A

tabela

I

mostra valores calculados para diversos

N

e

·com

-"o

=

1 "1

=

2.3 "2

=

1. 38

".e

=

1. 52 nldl

=

n2d2

=

Àol4 À o

=

6328

Â

Esta tabela ê bastante util para o cálculo do numero de perfodos necessários para se atingir uma refletividade prê-d! terminada. N .n _t\2N +

o

0,304 1 0,655 3 0,945 5 0,996 7

o,

999 TAB. I

Uma vez determinado o numero de camadas a serem dep~

sitados, a curva de ~efletividade com a variação do comprimento

de onda pode ser calculada. Para tanto propomos o proºrama em I

linguagem Fortran apresentado no apindice I. As curvas obtidas I

foram utilizadas como auxiliares na monitorizacio das espessuras das camadas, uma vez que indicam quais os limites de tolerãncia

possfveis, isto ê, deh~ro de que intervalos a refletividade

man-têm-se prãtica111ente constante com À.

-PARTE II

II.a Montagem Experimental

O trabalho experimental foi realizado com

equlpamen-to Balzers para evaporação modêlo BA 510, constituido por uma 1

câmara de evaporação, sistema de vãcuo, e unidades de monitori-zaçao e contrôle. 1 11 6 I I I I FIG. 8 Câmara de evaporaçao

· De forma cilfndrica tem 505 mm de diâmetro interno e

650 mm de altura. Suas paredes duplas de aço inoxidãvel podem

ser aquecidas para degase e resfriadas durahte o processo de

e-vaporaçao, atrav~s de um sistema de circulação de agua quente I

ou fria.

Como pode ser observado na fig. 8 esta camara cont~m;

-1) Adaptação para dispositivos adicionais.

2) Janelas de vidro duplo - permitem supervisão

ex-terna durante a evaporaçao.

3) Adaptação para fotomultiplicadora para

monitori-zaçao de espessura 5tica do filme por transmissão.

4) Suporte rotat6rio para 7 vidros testef (monitor)

para monitorização que pode ser girado manualmente pelo lado ex terno da camara.

5} Eletrodos suportes para 4 fontes de evaporaçao.

6) Contactos para adaptação de contrôles eletricos

como termopar, feixe de·el~trons, etc.

7) Eletr6do de alumínio para limpeza de superficies

atravis de descarga brilhante.

8) Anteparo (Shutter) - usado para cobrir as fontes

quando .se deseja cortar mecânica e rãpidamente desde o exterior a deposição de material sÕbre os substratos,

9) Dispositivo rotãtorio onde são adaptados os su

-portes dos substratos afim de faVorecer uma maior uniformidade durante a deposição.

lO) Resistência para aquecimento dos substratos.

ll) Suporte da camara de eva~oração. Li~a-se a um mo

to.r hidráulico ao qual se deve o movimento de subida e descida da mesma.

Sistema de vacuo

Como pode ser observado pela figura 9 este sistema I

contém:

l) Bomba mecânica de dois estãoios; sua velocidade I

de bombeamento i 37 m3;h· a 760 torr e 35 m3;h a 1 torr e a pre!

lão minima com ela obtida na câmara i 5.lo- 3torr .

2} Difusora a Õleo de três estágios com te~~o de

a-quecimento de 20 minutos.

r

refrigerada a ã0ua e sua velocidade

de bombeamento em função da pressão na câmara

e·

indicada na fig.

lO, sendo prãticamente igual a 1800 l/se~. para pressoes inferi

ores a 10-3 torr. .

O sistema de refri0eração, tipo de difusora e veda -çoes (anéis de Viton) limitan1 a pressão minima na câmara ao

-' 9 2

.NVVV\

01 Ql ~ 10 2 10-5 8 FIG. 9

to-4

TORR FIG. 10 . 14 -to-3 to-2

lor·de 10- 8 torr.

3) Baffle que pode ser refrigerado a água ou a

ni-trogênio líquido.

4) Válvula pneumática operada com contrôle elêtrico .

Permite quando aberta a obt~nção de vácuo primário na câmara

di-retamente da bomba mecânica.

5) Válvula pneumática liga a bomba mecânica diretamen te a difusora.

6) Válvula de ventilação - aberta por uma mola sob a-ção de um camp6 magnético permite a entranda de ar na câmara.

7) Válvula de alto vácuo - atuada pneumáticamente 1

com contrôie elêtrico.

r

aberta apenas com a difusora em

namento quando se deseja na câmara pressões mais baixas torr.

funcio~

que 0,1

8) Pirane- para medidas de vácuo entre 50- 5.10- 3 1

torr.

9) Penning para medidas de vacuo na camara a pres

--3

soes mais baixas que 5.10 torr.

Sistema de Refrigeracão:

A Fig. 11 mostra o sistema de refrigeração onde: 1) Relê de fluxo

2) ~álvul.as solen6ides

3) Entrada de água fria 4) Entrada de água quente 5) Saída de água

6} Entrada de nitrogênio lÍquido 7) Saída de nitrogênio líquido

Nesta· figura:

agua fria para o baffle e difusora.

agua quente ou fria para a camara e válvula de

~

alto vacuo

---·---

nitrogênio líquido para o baffle

-/ I I

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l :

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Unidade de Contrôle ~SP 102

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. FIG. 12

. Esta unidade contrôl~ autom&tica ou manualmente o I

sistema geral de vicuo, entrada de ar e movimento da cimara de evaporaçio. Permite a adaptação de dois registradores de 100 mV

para contrôle permanente da press~o cujo o valor ~ indicado no

painel frontal.

A Fig. 12 mostra :

1) Contrôle manual de sistema de vacuo

2) Indicador do contrôle automãtico do sistema de I

vacuo; as limpadas se acendem indicando o funcionamento do sis-tema.

3) Indicador de pressao - medidos pelos diversos I

manômetros que são selecionados pela chave 4.

4) Chave.para ligar a unidade quando em sistema

au-tomiti~o e selecionar os man6metros.

5) Seletor do sistema de refrigeração e abertura da

-camara.

Trabalhando automãticamente as vilvulas sao abertas

(fechadas) na seguinte sequência: pressão da cimara at~ 0,1

torra vilvula 4 (Fig. 11) aberta e as vilvulas 5 e 7 fechada~.

Para pressões mais baixas a·vilvula 3 ~ fechada enquanto 5 e 7

são atiertas. Portanto o bom funcionamento do sistema automitico depende de uma calibração correta dos manômetros.

Unidade de contrôle do Sistema de Evaporação BSV 601

Nesta unidade contro.la-se a corrente de evaporaçao.

descarga brilhante_(glow discharge) e a velocidade do sistema I

-rotatõrio. \1/ .·.

, ·:ft:·

6 . 3 2

:A·.

·•·

.

.

FIG. 13

'

7

••••

. .

·. 4

1) Amperfmetro- miliamperfmetro para medidas de

cor-rente da evapoiaçio e descarga brilhante.

2) Transformador de voltagem variivel para contrõle I

da corrente· de evaporaçao.

3) Potenciometro para selecionir a corrente da descar ga brilhante.

4) Potenciometro para contrõle da velocidade do supor

te rotatõrio desde zero at~ 26 rpm.

... "' .... *- .-.

I <;:;li I,. C

5) Seletor da fonte de evaporaçio.

6) Seletor da evaporaçio ou descarga brilhante. 7) Seletor do sistema de rotaçio.

Tr~s transformadores de alta corrente fornecem a

cor-necessâria para o a~ueci~ento das fonte~ de eva!)Ot~açao

cionadas pela chave 5. Dessa forma ~ possfvel a evaporaçio

suces-siva de diversos materiais contidos nas referidas fontes sem a

a-_bertur~ da cimara e ionsequente quebra do vicuo. Tais

transforma-dores sio alimentados por voltagem variivel de 110 a 220 V e sua

pot~ncia mixima ~ de 5K~.

A dcscar~a brilhante consiste em se aplicar um alta I

tensio a um eletrodo de alumfnio que emite ions, para limpeza do

substrato (10). A pressio no interior da cimara ~ contrõlada de I

modo·a: manter a corrente de descarga-selecionada. Unfdade de Contrõle SG2

Esta ~ uma fonte de alta corrente usada para aqueci

-menta indireto do substrato. Serve tamb~m como acessõrio ao

equi-pamento de evaporaçio (Fi0. 13) pois pode ser usada para este prQ cesso. Isto possibilita a evaporaçao simultânea de duas fontes u-iilizadas para evaporação simultinea de materiais diferentes como

-1.8-também ligas metálicas (11).

·:0:·

-~

. • 3

~

FIG. 14

1) Amperimetro (máximo 15A)

2) Seletor para evaporaçâo ou aqueci~ento

3) Contrôle do transformador de alta corrente

Uni da de de Contrôl e GSi1 201

r

u;ada para contrôle da esgessura Ôtica dos filmes

evaporados. O funcionamento desse equi~amento baseia-se no

efei-to de interferência sofrido pela luz ao ser reflet1da pelas duas superficies do filme. Seu uso é limitado a filmes transoarentes

e de ~spessuras da ordem do comprimento de onda da luz incidente.

Um feixe de luz modulada (80Hz) (1) entra na câc~ara

atrav~s de u;na janela de vidro. Atingindo o vidro teste (2) co1~

cado no alto da câ~ara, a luz por este refletida ou transmitida

e_detetada por uma fotomultiplicadora (3) apôs ter sido filtradà

(5). Assim, sômeht~ luz monocromática atinge o detetor. Sua

res-posta é indicada no painel dQ instrumento de contrôle (4) onde I

os máximos ou minimos de intensidade corres~ondem a esoessuras I

de filmes da ordem de mGltiplo? inteiros de Aol4 , sendo Ao o

comprimento de onda da luz incidente.

Esta mesma unidade controla o movimento do anteparo

(~hutter) que interpondo-se entre a fonte de evaporação e o sub!

trato interrompe imediatamente a deposição do material sôbre o

mesmo quando a espessura do filme no vidro teste atinge o valor

desejado.

A fotomultiplicadora utilizada é do tiro XP - 1080 I

sendo sensível entre 300 e 660 m)J.

Neste rrocesso o alinl1amento do sistema é de grande imrortincia e deve ser cuidadosamente verificado antes da

-fiG. 15

raçao. Uma s~rie de ajustes ~ feita de maneira a se obter a luz

refletida pelo vidro teste incidindo sôbre o fotocãtodo da fotp multiplicadora.

No painel central encontramos ainda os elementos: su

pressao de zero (3), sensibilidade (G) e ajuste fino ·p) cor1 o

auxilio dos quais um refina1nento na leitura pode ser obtido. Todos estes dispositivos sio controlados manualmente

e dois registradores de 100 c 10 mV podem ser adaptados ao

con-junto.

-Il.b ·Fatores gue.influenciam o Processo de Evaporacio

Como ji foi dito anteriormente, o processo utilizado

para .a deposição de filmes finos s~bre substratos de vidro foi e

vaporaçao a vicuo. Os resultados assim obtidos são fortementes a fetados por um grande numero de variiveis dentro as quais pode -mos citar:

1) Pressão do gas residual

2) Natureza e condição da superfície do substrato

3) Razio de deposição

4) Condições do material a ser depositado

·s) Fonte~ de evaporação

6) Geometria de monitorização

7) Tratamento do filme apôs a evaporaçao

Estas variiveis tem que ser mantidas sob contrôle I

sempre que resulta dos reprodutivos são desejados.

A pressão do gãs residual influe na oureza dos fi1

-mes depositados. Segundo a teoria cinêtica dos gases (12) o nGm!

ro

N

de molêculas de um gis a pressão

P

e temperatura absoluta T

~tingindo uma irea unitãria de uma superfície plana na unidade I

N

=

p

(2rr mkt) 112

onde k

=

constante de Boltzmann

m

=

massa atômica do gas residual

Se essa razão não e pequena em relação a razao de de

posição do material evaporado, a interação com o gis residual I

não pode ser despresada. TaL interação deve- se tanto a variaç~o

do.caminho livre mêdio do itomo evaporado, o qual aumenta com a.

diminuição de pressão, quanto as reações químicas entre os ãto mos da substância evaporada e da atmosfera residual. Experimen

-talmente para ZnS e l~gF

2

essa reação ê notada pela invari~vel I

queda de pressão no inÍcio da evaporação devido a açio adsorven-te (gatadsorven-ter) desses maadsorven-teriais.

Tanto a natureza comb as condições de superfície do substrato influenciam a uniformidade e homogeneidade do filme.

-Por exemplo, no caso de substratos monocristalinos existe a pos-sibilidade de que o material evaporado se condense na mesma

ori-entação (13).

O polimento e limpeza das superffcies (14) influenc!

am· a uniformidade, ader~ncia e refletividade dos fi.lme~ como

p6-de ser observado nas diferentes respostas a uma excitação lumin~

sa. Ao se depositarem os filmes acompanham as irregularidades da

superffcie e, para substratos não polidos obtem-se diferentes 1

espessuras 5ticas locais com conseqUente perda de uniformidade.

A ader~ncia alem de ser influenciada ~or condições 1

de limpeza depende tambem da temperatura do substrato (15) .. A me

diaa desta temperatura constitui delicado problema de carãter ex perimental devido as variações de temperatura durante o processo

de evaporação e a dificuldade de se fazer a medida no ponto em

que se encontra o substrato.

A escolha do5 botes de evaporaçao e feita segundo o

critério de que o material que as constitue não reaja na temper!

tura de evaporação com aquele a ser evaporado. A razão de

depo-sição e contr6lada pela temperatura da fonte.

Distâncias fonte-substra~o. fonte-monitor, geometria

da fonte e do suporte onde são depositados os v1dros àeterminctJ!I

o que chamamos geometria de monitorização do sistema. Durante a

evaporação o resultado apresentado pelo monitor fornece apenas I

uma medida relativa da e5pessura do filme. Como consequincia to~

na-se indispensavel o conheciment"o à priori, da provável

respos-ta do substrato. Os seguintes fatores precisam ser determinados:

1) Relação entre a. espessura do filme depositado no

monitor e no substrato.

2) :Determinação das regiões de uniformidade, isto e,

das posições onde se obtem filmes de mesma espessura.

Te~rican1ente e possfvel calcular qual a posição me

-dia (desde que o suporte e girat~rio) onde o filme depositado no

substrato tem a mesma espessura que o do vidro teste. Este trata mento e exemplificado .no apê!Ídi c e I I para uma placa plana e fon-te de evaporação pontual, envolvendo mesmo com essas simplifica-ções inevitáveis. iificuldades. Sendo assim, obtamos por determi-nar experimentalmente os dois fatores acima citados.

-PARTE I I I

III.a Procedimento Experimental

O trabalho experim~ntal teve como objetivos:

1)

A

instalação e calibração do equipamento descrito

2)

A

introdução no Brasil das técnicas tanto de

cál-culo como experimentais de dipositivos õticos multicamadas .

3) A comprovação das duas primeiras etapas através I

da construção de superficies· antirefletoras, espelhos para di

-versos lasers e óculos de proteção· para a linha 1060 m~ do ~eo

-dimio.- Como substrato foi utilizado vidro po,lido (n = 1 ,52) e em

·base ãs considerações feitas na parte I, ZnS ( n

=

2,30) como ma

terial de-alto indice e MgF₂ ( n

=

1,34 ) e ~a

₃

AlF

₆

(n

=

1 ,30) I

como materiais de baixo indice.

Características da Evaporação do ZnS

O ZnS sublima a temperatura da ordem de ll00°c,tendo

E

um semicondutor do tipo II-VI que sa decompõe

du-rante a evaporação tornando a se compor sÕbre o substrato. Ao 1

tornar a se compor pode apresentar ron1pi[1ento de estequiometria

tanto mais sensfvel quanto maior a te~,eratura do substrato.

Co-mo consequência teCo-mos a absorção de luz pelo filme pronunciada

-mente no infra-vermelho devido ao excesso de um de seus compone.!:!_

tes. Esse efeito aumenta com

6

aumento da velocidade de

evapora-ção porem, uma deposição lenta leva a perda de propriedades I

mecãnicas de aderência e durabilid~de. Uma solução de compromi~­

so deve ser adotada. Encontr~mos que uma velocidade de 600ftlmin.

em ~ubstratos a temperatura ambiente leva a filmes tanto rcsis

-tentes qua~to dur5veis. Note-se que na literatura (16)

encontra-mos valores mais baixos para tal velocidade. Acreditaencontra-mos que su-bstratos a temperatura de ate 90°C apresentam tambem resultados satisfatórios.

Observamos que as propriedades de aderência e

resis-t~ncia a umidade aumentam se os filmes são submetidos a trata

-menta tern1ico após a evapora~ão. Tal tratamento consiste em

-t~-los a temperatura de 150°C em estufa por periodo nao inferior a duas horas.

Quando aquecido em presença de vapor de igua deco~põ~

se er.1 ZnO e H

2S.

Se

houver ãgua adsorvi da no material al en da de

composição, hã o inconveniente de que com o aumento brusco da I

temperatura o vapor de ãgua se espanda projetan~o o material

pa-ra fopa-ra da balsa. Isto e evitado aquecendo-se a fonte lentanente ou recobrindoa com pequenos pedaços de quartzo. flectidas de ab

-sorção não mostrara~ nenhuma contaminação sensfvel nos filmes a~

sim obtidos. Se o material for bem pufo (9~,9%) e seco a evapór~

ção com fonte aberta se torna menos problemitica. A exist~ncia I

d~ vapor de ãgua leva a filmes absorventes, higroscÕpio de aspe~

to leitoso e pouco aderentes. ·

Procuramos tambem observar a estrutura cristalina dos

filmes para o que contamos com a colaboração do laboratório ~aio

X deste Instituto. Determinou~se (17) (18) que os filmes ter~

es-trutura de mosãico formado por cristais hexagonais cbn eixo c I

normal a superficie de evaporação. Esta estrutura revelou-se pa-ra filmes de espessupa-ras de Al4 ate 7AI4.

Caracter1stica da Evaporaçctu do :iqF 2.

MgF

2 foi evaporado : partir de uma balsa de Ta a cer~

ca de 1400°C.

A

~azão de 700 Almin foi utilizada com bons resul

tados tanto para propriedades mecânicas como para prorriedades o ticas.

Uma das impurezas çomuns em f:gF

2 e o !1gC1 2 sol uvel em

agua e que evapora a temperatura mais baixa. Mesmo alguns traços do cloreto provocam a formação de uma pelicula deste entre o

su-bstrato e o filme de !!gF

2. Em presença de atnosfera· umida ou me~

mo ãgua adsorvida no substrato, essa pelicula se dissolve soltan do o filme. A presença de ãgua faz com que os mesmos cuidados to mados com o ZnS sejam necessãrios.

{\fim de que llgF

2 ·apresente boas rronriedades de ade

-r~ncia e durabilidade o substrato deve ser ~1antido a temperatura

o

-elevada (300 C) durante a evaporaçao. Se a evanoraçao se

proces-sar a temperatura ambiente um tratamento ter1nico ~ posteriori e

·necessãrio.

-Caracteristica da Evaporação de Na₃AlF 6

Este material evapora a partir de balsa de Mo a I

Embora tenha Tndic~ de refração menor que o do MgF

2

e pouco indicado para sistema·s multicamadas por ser muito higro~

cõpico.

Condições de Vãcuo

A experiência nos levou a estabelecer a seguinte rotl

na

de

trabalho:

1) Fazer vicuo na camara at~ a ~ressão 2xlo- 6 torr.Sl ·

multâneamente aquecer a campânula por circulação de ãgua a 70° C

2) Fazer a de~carga bri~hante i pressão de 0,05 torr

durante 15 mi n.

3) Deixar a pressão na câmara atingir o valor mais I

baixo possTvel ( mãx. l0- 6 torr)

ante~

de iniciar a evaporaçao.

Desta forma a pressão de evaporação ~ atingida rãpid~

mente apos a descarga brilhante pois, anteriormente a esta, a ca mara oassou por um processo de degase.

Antes de se iniciar a evaporação a campânula deve I

ser refrigerada com ãgua fria o que diminui o degase de impure -zas adsorvidas por sua superf1cie.

Limpeza

Esta ~ uma etapa bastante cr1tica do processo pois a

deposição de filmes revela vestigios de gordura ou sujeira sob

a forma de manchas perfeitamente vis1veis.

Produtos comerciais, por exemplo 11quidos Balzers 1 e

2, foram utilizados para esse processo. Resultados análogos se 6

bt~m utilizando-se ultra-som com uma solução de ãgua -destilada e detergente seguido de ãgua destilada e alcÕol puro. Os substra -tos são então secos em uma estufa e polidos com cambraia imedia-tamente antes de serem colocados na câmara de evaporação.

t~oni to ri zacão

-I

éb

PLAtlA

I.

OCTO Oi'IAL

ESF RICA

F~G.

lG 26

-Placas suportes indicadas na fig. 16 foram

utiliza-das. Os n~meros 1, 2, 3 e 4 indicam as posições ocupadas pelo 1

substratos.

A placa plana mostrou-se inadequada por apresentar regiões de uniformidade de apenas 2 cm. Regiões maiores são con

-·seguidas para as outras duai placas desde que a a velocidade de

rotação seja maior que 21 rpm e as fontes de evaporação sejam 1

mantidas a 13 cm do eixo central da cimara.

Tanto a tecnica de monitorização por interferência como as demais tem o inconveniente de serem feitas

indiretamen-te. _A calibração em espess~ra e feita depositando-se s5bre o v1

dro teste (monitor) uma camada de espessura 5tica Al4 e medind~

se no· espectrofotõmetro a que valor de comprir1ento de onda

cor-responde a espessura Õti ca do fi 1 me sÕbre o subs.trato.

ESS? calibração se torna necessária para cada geome tria e diferentes comprimentos de onda selecionados.

Filmes depositados sÕbre o vidro teste tem espessu-ras 5ticas menores que a daqueles sôbre o substrato desde que , a distincia media substratofonte ê menor que a da fontemoni

-tor. Este fator distância media e bastante critico. A fi9. 17 e

a curva d! tren5~i••~n de dnis substratos com uma diferença em

altura de 1 cm e fontes de evaporaçao a 4 cm do eixo central da

camara. Resultados

As curvas de reflexão e transmissão a seguir apre -sentadas fbram medidas com espectrofotõmetro Beckman mod. DK-2A e a monitorização da espessura Õtica das camadas foi feita com

o auxilio do monitor Balzers G~M~202 (fig. 15) acoplado a um r~

gistrador Rikadenki.

As medidas feitas no espectrofot5metro tem con1o re~

ferência ~ refletividade do Õxido de magnesio, que~ prâticame~

te constante em todo espectro.

A ~ig. 13 ilustra a monitorização feita com o auxi,

lio do registrador para depÓsitos de À/4 (À= 519 m~) de ZnS e

11gF

2. A velocid~de do registrador

ê

de 40 mmln1in.

-III.b SuperfTcie Antj-Refletora

Um exemplo de superfTcie anti-refletora ê

ilustra-la na fig. 19. Essa superfTcie foi obtida a partir da

evapora-ção ~e Na

3AlF6 s5bre substrato polido na posição 1 da placa e!

firica. Essa superfTcie foi usada como janela de um laser de I

corante Rhodamina 6G (A = 589,3 m~) para pesquisa de Na+ e I

Na0 na atmosfera a altura de 90 km, realizada pelo INPE em Sio

Josi dos Campos.

Nessa figura a curva 1 indica o zero do aparelho;

a ·curva 2 ê a refletividade da superfTcie sem filme. Note-se I

que 8% de refletividade i devido ãs duas faces polidas.

Final-menti a·curva 3 i a obtida ap6s o dep6sit~ do filme em uma das

faces. Observe-se a reflexão de 4% devido ã face sem depÕsito.

III.c Suoerficie Semi e Totalmente ~efletora

A fig. 20 mostra uma superficie semi-refletora· I

(R= 39%) obtida pela deposição de ZnS. O filtro utilizado

pa-ra monitorização foi de 479 m~ e a posição 1 da placa octoso

--nal foi cscc1!~ida. Foi +., ... ~-.;:;,...., .,+..;,1.; .,....,...,!.., ... -,, .. _, , ... ,..,. ... ...!'"" .- .... ~ ...

"''-"t!•U'-I.o I,A '-'o I I L..U'-'U : J U I U Ul·l I U.:>'-1 '-!,.;; \ , . V I U I !

te Rhodamina 6G, B, C. Para o mesmo laser foram obtidas

super-ficies com 70% e 99,8% de refletividade (A = 589,3 mu). Seus I

resultados não são flustrados mas jã foram testados com êxito.

Os resultados mostrados nas fig. 21, 22 ,. 23 e 24

·for a m o b ti dos c o~~~ o s u b s trato na p os i ç"ã o 2 da p 1

a

c a o c to <J o na 1 •

São dep6sitos de ZnS e MgF₂ com diferentes n~neros de camadas.

Serão utilizados como espelhos para um laser de rubi (A =689,3

m~) em construção nesse Instituto.

A fig. 21 mostra a ~~fletividade d~ 44% obtida

pe-la deposição alternada de duas camadas sendo a primeira de I

MgF

2 e a segunda de ZnS. O filtro usado para monitorização foi

o de 578

nlu.

A fig. 22 mostra a refletividade de 49%. O filtro

usado foi o de 551 mu, e 4 camadas foram depositadas sendo a

primeira delas de alto indice.

11 fig. 23 mostra uma refletividade de 70~~- O filtro

utilizado foi o de 616 mu e fo~ obtido pela deposição de 3

ca-madas de Al4 completas de _{ZnS e MgF 2 seguidas de uma camada} 1

-de menor espessura,-de MgF

2 para abaixar de 2% a refletividade do

sistema.

A fig. 24 mostra uma refletividade maior que 99%

o-btida pela deposiçio de 17 camadas. O filtro usado para monitor!

zaçao foi de 519 m~. Nesta figura a curva continua i obtida quan

do se uti 1 i za um detetor de .PbS, a descontinua quando se uti 1 i za

fotomultiplicadora.

A

diferença apresentada i devido a pouca sen

sibilidade dos detetores nessa regiio.

A fig. 25 mostra uma refletividade maior que 99%

P!

ra À

=

632,8 m~. Este espelho foi obtido pela deposiçio de 15

C!

madas sôbre o substrato na. posiÇio 2 da placa octogonal. O fil

-tro ·502 m~ foi utilizado.

r

um espelho nio totalmente refletor I

para? laser de He-~e. Sua eficiência foi ~omprovada com a cola~

boraçio do Prof. A.L.Zimmerman. do Departamento de Fisica da

Es-cola de.Engenharia de Sio Carlos.

Como podemos observa~. pelas figuras 24 e 25 a refl~

tividade dos espelhos i maior que a da referincia do espe~trofo­

t8metro. Isto porque a refletividad~ do MgO varia com a maneira

que i depositado e com o tempo (19). Se considerarmos a refleti-vidade do espelho 99,9% como padrio obtemos 94% de refletirefleti-vidade

para o MgO. Com essa refer~ncia obtemos para o espelho da fig.23

- , __ .r:,_"".: .. .:...l .... , l - ...J- .--rct ... ,.,..;.. ... J,... "'U.-. ,...,...,c~r""" ,.,.,r.,,., .... :;,C,," +c;.;-a l t t l t : : t . . I V I U U U C UC V V f O ) I C . : > U i l . . U U U Y C \..VIl V UU \,UIHU .._.UI U I V \ , . V

rico para o qual R

=

66,017%.

Note-se tambim que devido ao ruido normal do espec-trofotômetro variações de 0,5% nio sio avaliadas o que torna im-.possivel um valor exato para refletividade dentro deste 1imite.

III.d Espelho de Proteçio

Depôsitos de ZnS e MgF₂ (15 camadas) foram feitos I

sôbre lentes de ôculos par~ refletir a linha 1060 m~ do lase~ I

de Neod~mio que pode provocar queima de retina.

A fig. 26 ilustra a sua refletividade. A monitoriza çio para o infravermelho foi feita com a fotomultiplicadora mod.

XP 1080 e filtro de 423 m~. A posiçio utilizada foi a 2 da placa

octogonal e a espessura das camadas foi Ãl2.

Como esses ôculos sio muito manuseados o depôsito e

protegido colocando-se sôbre el~ outra lente antes de monti-lo I

nos aros.

-A Fig. 27- faz uma comparaçao entre o resultado

o-btido te5ricamente e o resultado experimental para À

=

632,8

m~ e considerando-se a refletividade do :lgO como 94%. A curva I

continua ~a experimental obtida pela deposiçib de 15 camadas 1

para À

= 632,8

m~. A curva descontfnua ~ a ~presentada pelo cil

culo teórico.

A Fig. 28 mostra o aparecimento de picos espGrios

de transmissio devido a superffcie irregular do substrato, em

comparaçao com a de outro espelho simult~neamente obtido.

-!ndice das Figuras

Fig.l7 - Comparação entre as respostas dadas por dois espelhos simultineamente obtidos e com diferença em altura em

relação i fonte de 1 cm. A curva .continua ~ a

respos-ta do mais afasrespos-tado da fonte ... 32.

Fig.l8 - Monitorização feita com o registrador para camadas de

l/4 de ZnS e MgF₂ •...•..•...•••. 31

Fig.l9 ~ Superficie anti-refletora. Onde

1

-

zero do espelho

2

-

superficies sem depósito

3

-

depósito anti-refletor em apenas

fig.20

-

Superficie semi-refletora (R = 39~1,)

Fig.21

-

Superficie semi-refletora (R = 44%)

Fig.22

-

Superficie semi -refl e tora (R = 49%)

Fig.23

-

Superfi c i e semi-refletora (R = 70%)

uma para par a para para superficie.32 À

=

589,3 nl)J. ••..•... 3 3 A

=

689,3 m)J. •••••••• 3 4 À = 689,3 nl)J. ... 3,5 À = 689,3 m)J. ..•... 3 6

Fig.24- Superficie refletora para À= 689,3 nl)J . . . 37

Fig.2S puru À

=

632,8 "" '" 1-" • • • • • • • o • • • • o • ~ ~ <H . Fig.26 - Superficie refletora

=

1060 mJJ)

usada para óculos de proteção (À=

••••••..•••... 3 9

Fig.27 - Compa~açio entre o resultado experimental (cur~a contf

nua) e teóric6 para À= 632,8 m)J . . . 40

Fig.28 - Resposta em transmissão de um esp~lho sõbre substrato

com defeito (curva ~ontinua) em comparação i outro

si-multineamente obtido . . . 41

-T(%1

.

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60

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sso

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FIG. 17

-32-Zns

F' I G. 18 -33-Ff(o/c.j

I

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R(o/~ 4-0 30 20 450 R(%)

I

I 50 40 30 600 5 00 650 -35-550 FIG.20 700 FIG.21 600 650

_m,u

750 800

m,u. .

R E>/o) 60 50 40 30 600 650 700 750

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I

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PARTE IV

Em vista do bom funcionamento dos dispositivos I

obtidos consideramos nosso trabalho bem sucedido, Os res~ltados

podem, contudo, ser melhorados fazendo-se estudo de

espalhamen-to e medidas de aderência com a variação dos diversos parâme- I

tros.

O uso da evaporaçao por graos ou canhão de ele -trons {eletron-beam) que serão brevemente instalados no labora-tório, abre a possibilidade de se evaporar Ti0

2 e Ceo2 que

for-mam filmes mais duros e resistentes,.alêm de outros materiais I

cujos pontos de fusão são bastante altos. Isto permite um maior n~mero de combjnações de Índice de refração e menor perigo de contaminação.

A obtenção das· superfícies alta mente refl e toras

permite o desenvolvimento da têcnica de construção· de filtros I

monocromãticos pelo processo .de multicamadas. Esse trabalho jã, se encontra em andamento no laboratório de Filmes Finos e envol

ve a evaporação de vinte ou mais camadas alternadas de

mate-riais de ~lto e baixo índices. Isso torna o processo de monitoT

rização bastante crítico pois apenas sete vidros sao disponi• I

veis .

Evaporação de Al e Ag tambêm foram realizadas so bre superfícies de vidro e metal com bons resultados em aderên-cia e refletividade.

-·Apêndice I Programa de Computador 1/ f[)'\ *L I s T ~; J LH c!' t) :-~ J -~ K i\ ...

*

I n C S I C \c{ lJ, l '• ~_li''\ 1 ~r •: { , ~( ~ Y 'I :J •\ '\ IJ , f Y <·' ,-, W ,q I 1 l"-c , f> L J T T F R , O I S K l *t.li'>JF ~~'iK1l I i T ~- ~" -{S ~ I'Héc·,::-< Y I l t lI 1\iTFl_;í ;~ P::\JT, '-Sfi=.~ ,t\--,!.>."!L u .'J. T ·, r r.-! f , i\ ~) r:::: ·..:. ' !, < .\ i: I • • • ' ' ,:-: • ' • • I ll I '·\ :: 'S I ~~ li •\ ; I ? •, I , P ( , ·, I , ,; I i ~ l , i 1 t L ( ? ':> l , {i<. I 2 5 I , ''- I ( i 5 l L :í 4 4 1_{t J P;:: l , -.!.} ~ [_ Ali( ; ' , l li } '.i , ,\ .,, -.: \ , :~ ~' I l , ; P , t\ .J 10 f;)I{~~T(l2,F6.:~,!-(,.?,t·~,F/.31 '•I I=·!+ 1 R f A[; I ;> , ;- '' I -~L f' ! , :· :4 [ X I , '• U •'• 20 F~R~~T(~r-4.t.l L'·_: ? 1 I = l , . I , ;' _ 21 1\'I(II=~LLI U L' (.., 1 l := 2 , J , 2 ' 2 3 A H I l = i :\I J.' A'II'\II l==u· Ul 34 J=l, I 34 IJ(Jl='<U4. t,=(·\' \1-\'-'I d/Fi_'l\TI'J:'l 'C='..\.1': . v v=,,. DC: 111 V=l, •' R (lI= ( l . - ·, ·, ( l I I I I 1 .• +- , I 1. J I Jr('JI-2l tJ-_:;,,1:~-(;,;''1, lU& l · ' ' l l J=,·, '[ ,( I I I = ( .\ : I I - l l - ' : I l I I I ( : , ( f - I I + ·• I ( I I I lK=J-l 1 J I, t L I I r\ I = I 4 • '·' I • l 4 1 ':• I •: I <• '_· ( r •, l lU? K=\if-1 V'-'=•<lr.l+·.(<+ll<•,;-·sii·'~L(> I I

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V I=--.·' (.I I •: SI.: I, • I I'' I J + -· 1 I J J •:• ~. ',I l:' L I i' J I

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*

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*

L 1 4 16 I C I '' D ( I " l K=-JI-i v·< =r. L' 1 +<L<.+ lI <•C: •s L r, L L i'- I l Vl=-''(r +ll<<,J '(·,~L(:<) l D ., = I • + > ( < l ·:• . ( •, + l l •:• ~r-:, L CJ . L ( K ) ) . [JI =- ·: L < l '' ' ( ~-,. ' l •: S I ' L I·.' L L é. l I [) ~ ·I=[' ' '" •:• ? + , ; I <• '' ~ V I ;c•j c<•·!'.+\.1_!•!•"1

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1 R-'. (I I =v· -:/r'_ l < I L ! I =v :lI.,_·: lF{ ~I-:->l 1.~,:",~3 D D / , J = 1 , --! I f' ( , - .I l ! ,. , J. ." , 4 l K= 1-.I V~ = . L '· l l -: . I J ) '' : , . •, ( '1 -L ( "-l ) l •, l L .J l <• ·; [ '; L r' c L ( ·' l )

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ur-

i~~; ::-- ) ) '~ 1;.: · LJ-'-)[ \>!\-1-'l) 1-':T· ;, lrJC~ C Li R r_ P. ;_· •.) U l · ' ·.t: ~ f ~ f . >, C ll ·-~ \11_1 \J _ \ 1 .J .··. ~ ! ·, ·. L -- (, I I X Ci; _4 4

-Apêndice II

Considerando-se uma fonte pontual

ã

uma distância F

do eixo central da câmara, pergunta-se qual a posição e s~bre 1

uma placa plana

ã

distância h da fonte deve ser colocado o subs

trato de maneira a se obter s~bre este um filme de e~pessura

i-·gual

ã

espessura tnonitorada. I

Onde fonte e: Da Fig.!: Então

---1-... --_-...,-r--t

::::::::~-1,__

p.pla na

j-r

tI

G.l O : eixo de rotação e : F : h : s

₌

r

₌

a : A :

distância do centro do substrato ao eixo O

distância da fonte ao eixo O

distância da fonte ã placa plana

dist~ncia de centro do substr~to ~ nerpendicu -. lar que passa pela fonte.

raio m~dio do ângulo s~lido n sob o qual o subs

trato ~ visto pela fonte

raio dó substrato area do substrato.

-O ângulo s5lido p~lo qual o substrato e visto pela

2 . na cosa _: : _{( 1 )} r2 cosa

=

h r ( 2)

Da Fig. II: r2 = h 2 + s2 s2 _{= e·} 2 + F2 + _2eFcose Substituindo-se (3) e ( 4) em ( 2 ) n = rra2h (h2 + e2 + F2 + 2eFcose) 31 2 Se: h2 + e2 _{+ F2 = c} 2eF = b Vem: n = lia 2 h (c + bcose) 31 2 (3) ( 4) ( 5) (6)

Calculando o valor médio 21T

de n para uma rotação

< n > = 1

j

~o

nde < n > ₌ a:h;2IT á0 ₌ . (c + bcosql 12 o

a2~~

de (7) = bcose) 312 o (c +

Para que o n d~ vidro teste seja igual ao do subs

trato: .R=<r> 3 Então de (7) vem: A o II de (c + bcose)312

Com a seguinte mudança de variáveis cosO = x sene = l-x 2 senedG = dx => de = 46 --dx 2 1-x

Vem 1 < r >3 ,Fazendo a' = 1 1 < r > a2 Ab 3/2 a2 = 3 Ab 3/2 onde a2 = A

=

[

f

- dx ₌

J

1 2 (c + bx)3/2 1 - X dx F1 + x) (1 - x) (c+ bx)3

l

1/ 2 b I : -1 u

=

-1 b X + 1 = X

-

( -1 ) = X

-

b' 1

-

X = a'

-

X c + bx = b -c + X b a2

r:

dx ₌ Ab3/2

r

(a I C 1 ) 3

J

1/2

-

x) (x

-

b I ) (x

-- c' E (À,p)

J

₌ 2 (-1 + ~)

J

₁ + C I b b E (À,p)] 47

-v

a'

•'

11

À = are sen - u = are senl =

a' - b' 2 p

=[S=~

=

~

a • - c' _{1 + -}c b + c b então

L,

PI

l

1 a2 2b E ( 11 ' = >3 Ab3/2 _{- b)}

R

2 <.r

Assim, com os valores dados pela geometria do

siste-ma torna-se possi"vel calcular .a melhor po·sição a ser colocado

o substrato.

Agradecemos ao Profes~or Carlos A. ArgQello e ao Pr~

fessor Roberto Luzzi pela orientação na realização deste cãl-culo.

-BIBLIOGRAF!/\

1 - fi.Anders- Thin Films in Optics. Pag. 79-101

2 - G.Zinsmeister - Balzers Information. nQ lO (1965)

3 - N.Schwartz and R.W.Berry - Physics of Thin Films

(editado por Georg líass) 2, 363 (1964)

4 H.A.Steinherz Handbook of High Vacuum Engine -ering - 295 (1967)

5 - L.F.Drummeter Jr - Physics of Thin Films (edita-_.

do por Georg Hass) 2, 333 (1964)

6 "D.S.Campbell - The use of Thin Films in Physical Investigation (editado por J.C.Anderson), pag.ll (1966).

7 H.Anders - Thin Films in Optics parte I

8- Born and \<lolf- Principles of Optics, cap.I (1959)

9 - Born and Wolf- idem refer~ncia 9 pag. 69

lO- L.Holland- Vacuum Deposition of Thin Films, pag. 74 (1966)

11 - G.Zinsm~ister - Vakuum Techni~~ 0!233 f 1 : ' 1 r l l \

\ !;JU'tJ

12 - O.S.Heavens - Optical Properties of Thin Solid

F i l ms .

13 - J.C.Anderson - The use of Thin Films in Physical Investigation- pag.29 (1966).

14- H.E.Bennett and J.O.Porteus - Journal of the Optical Society of America 51,123 (1961)

15 - E.Ritter and R.Uoffmann - Journal of Vacuum Science

and Technology n9 4 (1969)

lfi - L.Hol1~nd - Vacuum Deposition of Thin Films pag.294

(1966).

17 - T.J.B.Serra, R.Landers, H.A:Bicalho e Z.P.Arguello

Resumo da XXIV - Re~niio Anual da SBPC - pag 85

(1972)

18- C.K.Suzuki, J.G.Salzberg e S'.C.Ellis- f<esumo da.

XXIV Reunião Anual da SBPC - pag. 82 (1972)

19 - Gustav Kortum - Reflectance Spectroscopy pag. 146 (1969).