Modificação de filmes finos de CdSe por irradiação com feixe de elétrons - Fabrim, Zacarias Eduardo (2018)
Membranas auto-sustentáveis compostas por filmes finos com múltiplas camadas SiO2/ ( 30 nm)/CdSe( 3,0nm)/SiO2 (18 nm) e SiO2( 30 nm)/PbSe( 3,0nm)/SiO2( 18 nm) foram produzidas por magnetron sputtering e submetidas à irradiação com feixe de elétrons em microscópios de transmissão eletrônica convencionais na faixa de energia de 80 a 300 keV em densidades de corrente de 0,3 a 8,0 A cm-2. Variações de contraste observadas em micrografias adquiridas com diferentes doses de elétrons sinalizam uma considerável redistribuição atômica nos filmes semicondutores, tal redistribuição é restrita às regiões iluminadas e possui maior dependência em relação à dose do que à densidade de corrente do feixe. Medidas de difração com área selecionada (Select Area Diffraction - SAD), observações em condição de alta resolução (High Resolution Transmission Microscopy - HRTEM) e medidas de dispersão em energia de Raio-X característico (Energy Dispersive Spectroscopy - EDS) indicam que ambos semicondutores mantém a estrutura cristalina e a quantidade de átomos de Cd, Se e Pb durante irradiação. As membranas SiO2/CdSe/SiO2 apresentam uma retração contínua e homogênea das interfaces CdSe/SiO2 ao longo da superfície irradiada, a nucleação e crescimento de regiões com apenas SiO2 dá origem a uma rede percolada de CdSe que é desmembradas em nanofios nodulares e nanopartículas isoladas. Os filmes de PbSe não apresentam um processo homogêneo e contínuo durante irradiação. Inicialmente, as interfaces PbSe/SiO2 apresentam perda das arestas de alto ângulo Neste caso, as modificações microestruturais são mais intensas após uma dose limite e em regiões específicas, próximas a buracos de SiO2 previamente existentes na amostra como depositada. Medidas SAD, micrografias em condição de campo escuro e análises de imagem HRTEM mostram que a irradiação no PbSe causa separação de fases, identificada por distribuições de nanopartículas de Pb interfaceadas com uma rede planar percolada de PbSe. A conservação de matéria nos sistemas permitiu determinar os fluxos atômicos durante irradiação, o que foi realizado pelo tratamento numérico das micrografias adquiridas em diferentes doses. A investigação do aquecimento da amostra e do comportamento dos sistemas quando irradiados em diferentes energias e densidades de corrente sugerem que os deslocamentos atômicos podem ser correlacionados com as probabilidades de interação entre elétrons e átomos alvo. Isto permitiu a comparação entre fluxos atômicos experimentais, obtidos pelo tratamento numérico das micrografias TEM, com fluxos atômicos deduzidos em função das seções de choque para deslocamentos atômicos diretos, induzidos por colisões elásticas entre elétrons e átomos alvo, e deslocamentos indiretos, causados por radiólise. Os fluxos teóricos consideram variações nas taxas de deslocamento dos átomos de Cd, Se e Pb ao longo da interface semicondutor/SiO2, tais variações são entendidas como consequência de mudanças na energia de coesão das interfaces, que foram calculadas em função da curvatura e energia de superfície através do modelo de gota líquida (Líquid Drop Model - LDM) Comparações entre os fluxos atômicos inferidos das micrografias com os fluxos teóricos, obtidos das seções de choque para espalhamento elástico e inelástico de elétrons, permitiram estimar as energias de deslocamento dos átomos na interfaces e elaborar possíveis mecanismos para as mudanças microestruturais durante a irradiação. Os valores calculados de energia de deslocamento são inferiores às energias necessárias para deslocar átomos na superfície ou no interior da rede cristalina, mas podem ser aproximados às energias de migração atômica em interfaces. Os resultados mostram que os mecanismos de deslocamento atômico nos filmes finos de CdSe e PbSe não são os mesmos. As mudanças microestruturais observadas nos filmes finos de CdSe não podem ser explicadas apenas em termos de colisões balísticas dos elétrons, mas poderiam ocorrer por deslocamentos radiolíticos, principalmente se houverem estados de interface e meia banda que permitam excitações com energias transferidas menores que a largura de banda do CdSe. Já os resultados das irradiações no PbSe podem ser explicados como decorrentes de deslocamentos diretos, causados pela colisão balística dos elétrons nos átomos de Pb e Se pouco coesos nos planos PbSe{111}. Contudo, este estudo não permite excluir um possível processo de múltiplas ionizações como causa dos fluxos atômicos durante irradiação de ambas membranas.