Modelagem para caracterização óptica de filmes óxidos depositados por sputtering reativo

Abstract

Filmes de óxidos de metais de transição vêm desempenhando um importante papel nas tecnologias atuais[1],[2],[3]. Por apresentarem propriedades singulares têm sido usados como camadas em células fotovoltaicas[1], processos fotocatalíticos[4], eletrodos de baterias[5], e como recobrimento em implantes ósseos[6], dentre outras aplicações. Um importante aspecto desses filmes é o processo de caracterização, que distingue os filmes a partir das suas propriedades, já que as propriedades dos filmes definem suas respectivas aplicações. Neste trabalho é relatado o desenvolvimento de uma modelagem, ou seja, um método computacional para caracterização, com base em interferometria óptica, de filmes finos de óxidos transparentes ou levemente transparentes crescidos por sputtering reativo. O método foi aplicado para caracterização óptica de filmes finos de óxidos metálicos de TiO2 (dióxido de titânio) e Nb2O5 (pentóxido de nióbio) crescidos por sputtering reativo em substratos de SiO2 (dióxido de silício). A modelagem tem como resultado um espectro de transmitância calculado que apresenta boa concordância com o espectro de transmitância experimental das amostras. O espectro é calculado a partir das variáveis de entrada do índice de refração e espessura do filme definidas tentativamente. A modelagem apresenta ser promissora para caracterização de filmes finos de óxidos transparentes ou levemente transparentes.

Transition metal oxide films are playing an important role in current technologies [1],[2],[3]. Due to their unique properties, having been used as layers in photovoltaic cells [1], photocatalytic processes [4], battery electrodes [5], and as a protective layer in bone implants [6], among other applications, an important aspect of these films is the characterization, which is related to the structure and morphology of the films [7] and, consequently, to the applications. In this work, the study for the development of a modeling is reported, that is, a computational one for the characterization of thin transparent or slightly transparent oxide films obtained by reactive sputtering using optical interferometry. The method was applied for the optical characterization of thin films of different oxides, TiO2 (titanium dioxide) and Nb2O5 (niobium oxide) obtained by reactive sputtering on SiO2 (silicon dioxide) substrates, the modeling results in a transmittance spectrum calculated that shows greater agreement with the experimental transmittance spectrum of the Exceptions, the calculated spectrum is from the refractive index and film thickness input variables given trial. The modeling appears to be promising for the characterization of transparent or slightly transparent oxide thin films.