Orientadores: Christoph Friedrich Deneke, Eduardo Granado Monteiro da Silva

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin

Resumo: Nanomembranas livres são definidas como filmes ultrafinos constituídos por metais, óxidos ou semicondutores, com espessuras nanométricas e vastas áreas superficiais. São obtidas em geral por um processo de subcorrosão seletiva de uma camada de sacrifício, cujo papel é liberá-las...

Resumo: Nanomembranas livres são definidas como filmes ultrafinos constituídos por metais, óxidos ou semicondutores, com espessuras nanométricas e vastas áreas superficiais. São obtidas em geral por um processo de subcorrosão seletiva de uma camada de sacrifício, cujo papel é liberá-las gradualmente, permitindo que o relaxamento da energia elástica nelas armazenada aconteça de maneira controlada, garantindo a integridade final das estruturas. Neste trabalho, nanomembranas livres de Si suportadas por um substrato de SOI foram utilizadas como substratos complacentes para o crescimento de ilhas de InAs em uma câmara de MBE. Além disso, nanomembranas metálicas tensionadas (Ag/Ti/Cr/Ag) foram utilizadas na obtenção de microtubos metálicos enrolados. Análises detalhadas da morfologia das amostras, das estruturas das ilhas e dos microtubos, do strain em ambos os sistemas e de suas possíveis aplicações foram realizadas. A microscopia eletrônica de varredura mostrou que as estruturas permaneceram íntegras após as deformações. A microscopia de força atômica revelou uma baixa densidade de ilhas no topo das nanomembranas de Si. Ademais, possibilitou o aperfeiçoamento de parâmetros superficiais das nanomembranas metálicas e o enrolamento de microtubos com diâmetros pré definidos, garantindo convergência com o modelo analítico. Técnicas de difração de raios X e modelagem por elementos finitos foram utilizadas para elucidar os estados de strain observados em ambas as estruturas. As simulações das curvaturas do substrato complacente de Si e do microtubo metálico sugeriram, respectivamente, um gradiente de strain dependente da posição lateral de cada ilha na nanomembrana e coeficientes de strain constantes nas nanomembranas de Ti e Cr. Finalmente, cálculos envolvendo elasticidade contínua sugeriram que para uma nanomembrana de Si com espessura adequada, o InAs pode transferir strain suficiente para possibilitar o crescimento epitaxial coerente. Ainda, medidas de espectroscopia Raman em moléculas auto organizadas de 1-octadecanethiol, adsorvidas em Ag e aprisionadas entre as paredes dos microtubos metálicos, sugeriram que tal sistema pode ser utilizado como um dispositivo SERS para self-assembled monolayers

Abstract: Freestanding nanomembranes (NMs) are defined as metallic, semiconductor or oxide ultrathin films with nanometer thickness and macroscopic surface areas. In general, they are obtained by a process of selective underetching of a sacrificial layer, whose role is gradually release them,...

Abstract: Freestanding nanomembranes (NMs) are defined as metallic, semiconductor or oxide ultrathin films with nanometer thickness and macroscopic surface areas. In general, they are obtained by a process of selective underetching of a sacrificial layer, whose role is gradually release them, allowing relaxation of their stored elastic energy in a controlled way, ensuring integrity of the final structure. In this work, freestanding edge-supported Si nanomembranes are used as compliant substrate to the InAs growth on a SOI substrate in a MBE chamber. Furthermore, strained metallic nanomembranes (Ag / Ti / Cr / Ag) are used to obtain rolled-up metallic microtubes. A detailed analysis of sample morphology, InAs island and metallic microtube structure, strain on both systems and their possible applications is carried out. Scanning electron microscopy shows the structures stay intact during and after deformation. Atomic force microscopy reveals a lower island density on the top of the freestanding membranes. Moreover, it allowed optimizing the surface parameters of the strained metallic membranes, rolling-up tubes with pre-defined diameters and ensuring convergence with the proposed analytical model. X-ray diffraction and finite element modeling is used to elucidate the observed strain states in both structures. The bending simulations of compliant Si substrate and rolled up metallic microtube suggest, respectively, a lateral strain distribution depending on the island position on the freestanding membrane and a constant strain distribution on the Ti/Cr strained NMs. Finally, continuous elasticity calculations suggest that for a Si nanomembrane with adequate thickness, the InAs can transfer enough strain to enable coherent epitaxial growth. In addition, Raman spectroscopy measurements of 1-octadecanethiol self-assembled molecules adsorbed on an Ag nanomembrane and trapped between the microtube Ag walls suggest the system could be used as a SERS sensor for self-assembled monolayers