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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Estudo da influência de substratos nano-estruturados por bombardeamento iônico no crescimento e organização de partículas de níquel
Title Alternative: Study of the influence of nanoestructured substrates by ion bombardment on nickel particles growth and organization
Author: Morales Corredor, Mónica, 1985-
Advisor: Alvarez, Fernando, 1946-
Abstract: Resumo: Estruturas organizadas na escala nanométrica são interessantes e importantes por suas propriedades físicas fundamentais e pela grande variedade de aplicações em sistemas físicos, químicos ou biológicos. Em particular, sistemas organizados de nanopartículas metálicas são utilizados para aplicações magnéticas, óticas ou como catalisadores. Diferentes técnicas `top-down¿ e `bottom up¿ são utilizadas para o crescimento deste tipo de arranjo. Em especial, técnicas de crescimento por auto-organização são intensamente estudadas como alternativa para a fabricação de estruturas de tamanho nanométrico, por serem sistemas eficientes e de relativo baixo custo. Nesta tese foi estudado o efeito do bombardeamento iônico de gases nobres em substratos de silício cristalino e revestidos com filmes finos de nitreto de titânio para serem utilizados como moldes na obtenção de nanopartículas de níquel auto-organizadas. O processo sequencial in situ de preparação das amostras consiste em três etapas principais: Etapa 1 - um substrato cristalino liso de silício é bombardeado com um feixe de íons de xenônio à temperatura ambiente, gerando diferentes padrões nanoestruturados. Etapa 2 - um filme fino de nitreto de titânio é depositado através do sputtering de um alvo puro de titânio com íons de argônio numa atmosfera de nitrogênio. O filme age principalmente como barreira difusora do níquel no substrato e intervém no processo de coalescência do metal. Etapa 3 - partículas de níquel são depositadas pelo bombardeamento com um feixe de íons de argônio de um alvo puro de níquel e imediatamente depois é realizado um tratamento térmico. O crescimento e organização de partículas de níquel depende tanto do fluxo de átomos de níquel chegando ao substrato, quanto da temperatura de deposição. Os experimentos foram realizados em substratos lisos e nanoestruturados, com o objetivo de comparar o efeito do substrato na estrutura dos revestimentos de nitreto de titânio e na distribuição das partículas metálicas de níquel. As análises composicional, topográfica e estrutural foram realizadas utilizando diferentes técnicas experimentais. Observaram-se distribuições organizadas e aleatórias das partículas, tanto nos substratos lisos quanto nos nanoestruturados. As análises estruturais sugeriram que a deformação tanto nos substratos, quanto nos revestimentos, cria uma autorganização espontânea das ilhas. Adicionalmente, a partir da análise composicional e relacionando-a com as condições de temperatura e número de átomos na superfície, observou-se uma modificação da difusão das partículas de níquel e do caminho livre médio delas. Isto permitiu propor algumas hipóteses associadas à vida média dos átomos antes da evaporação e durante o processo de coalescência destes

Abstract: Organized nanostructures are interesting and important in a variety of areas of application such as physics, chemistry and biology systems. In particular, ordered metallic templates of nanoparticles are used for magnetic, catalytic, and optical applications. Different top-down and bottom-up techniques have been used for the growth of these kind of arrays. In particular, growth of self-organized systems are intensely studied as an alternative template fabrication route due to its high-yield and relative lower production costs. This thesis presents the effect of nanostructured crystalline silicon substrates bombarded by ions of noble gases and afterwards titanium nitride thin film coated to be used as a template for growth of self-organized nickel nanoparticles. The sequential in situ preparation process of the samples consists in three main stages process, as follows. First, a crystalline silicon wafer, is xenon ion beam bombarded at room temperature, generating different nanostructured patterns. Second, a titanium nitride thin film is deposited on the substrate by argon ion beam by bombarding a pure titanium target in nitrogen atmosphere. This film acts as a nickel barrier diffusion layer and intervening in the metal coalescence process. In the third step, the nickel particles are deposited by argon ion bombarding a pure nickel target and immediately followed by an annealing process. The Ni particles pattern depends on both, the flux of nickel atoms arriving to the substrate and the deposition temperature. The experiments were performed in flat and patterned prepared substrates in order to compare the differences on the metallic particles¿ distribution. Compositional, structural and topographic analysis of the samples were performed using a variety of experimental techniques. Organized and random distributions of the particles were observed on both, flat and patterned substrates. Structural analysis suggests the strain as the reason for the spontaneous self-organization of the island on both substrates. Additionally, compositional analysis related with temperature and atoms at the surface, shows an effect on de nickel particles diffusion and the mean free path of them. This behavior allowed us to propose some hypotheses associated with the average life of atoms before evaporation and during the coalescence process of them
Subject: Nanoestrutura
Níquel
Auto-organização
Bombardeio iônico
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: MORALES CORREDOR, Mónica. Estudo da influência de substratos nano-estruturados por bombardeamento iônico no crescimento e organização de partículas de níquel. 2019. 1 recurso online (97 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:IFGW - Tese e Dissertação

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