Estudo da cristalinidade de filmes finos de nitreto de índio e simulado pelo pacote de programas Wien2k

Neste trabalho, foi utilizado o método de deposição assistida por feixe de íons (IBAD na sigla em inglês) para produção de filmes finos de nitreto de índio em substratos de silício (111) e Safira-C. Variando as condições de deposição e utlilizando a técnica de difração de raios-X, investigou-se com o intuito de obter os parâmetros que resultam em filmes finos com melhor grau de cristalinidade. Os filmes produzidos a 380C apresentaram alta cristalinidade, superior àqueles a 250C. Temperaturas muito superiores a 380C não ocasionam a formação de filme cristalino de InN, como foi observado ao utilizar a temperatura de 480C; o mesmo se observa ao utilizar temperatura ambiente. Na temperatura considerada adequada ,de 380C, obteve-se que a utilização de Ra, ou seja, a razão de fluxo de partículas entre o nitrogênio e índio, em torno de 2,3 permite obter um melhor grau de cristalinização, o qual decresce conforme se diverge desse valor. A comparação entre difratogramas de amostras produzidas com e sem a evaporação prévia de titânio, o qual é possível observar um deslocamento dos picos do InN, indicam que o efeito Gettering permite a redução de impurezas no filme, principalmente de oxigênio. Utilizou-se a técnica de Retroespalhamento de Rutherford para obtenção da composição dos elementos e o perfil de profundidade. Notou-se uma forte mistura dos elementos do substrato de silício e safira com o nitreto de índio mesmo próximos a superfície. A presença indesejável de impurezas, principalmente o oxigênio, durante a deposição de filmes finos é praticamente inevitável. Desta forma, cálculos ab initio baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) foram realizados para investigar defeitos isolados e complexos de oxigênio no nitreto de índio e a sua influência nas propriedades óticas. Considerou-se diferentes concentrações de oxigênio (x=2,76, 8,32, 11,11 e 22,22%) aplicando-se o método PBEsolGGA e TB-mBJ para o tratamento da energia e potencial de troca e correlação. Obteve-se que é energeticamente favorável o oxigênio existir principalmente como defeito carregado e isolado. Os resultados utilizando a aproximação de TB-mBJ indicam um estreitamento do bandgap conforme a concentração de oxigênio aumenta. Entretanto, a alta contribuição do efeito de Moss-Burstein resulta num efetivo alargamento do band gap, gerando valores de band gap ótico maiores que no do bulk de nitreto de índio.

In the present work, the ion beam assisted deposition (IBAD) method was used for the production of thin films of indium nitride in silicon (111) and sapphire (001) substrates. Through variation of deposition conditions and by using X-ray diffraction technique, the parameters which resulted in thin films with the best crystallinity were investigated. The film produced at 380C showed good crystallinity, which was better than the one produced at 250C. Temperatures much higher than 380C doesn\'t lead to the formation of crystalline films of InN; the same is observed by using room temperature. In the temperature of 380C considered as adequate, it was obtained that using Ra, that is, the flux ratio of nitrogen and indium, around 2.3 allows getting a better crystallinity, which decreases as deviates from this value. The comparison between diffractograms of samples produced with and without the previous titanium evaporation, where a dislocation of indium nitride peak was observed, indicates that the Gettering effect reduces the impurities on the films, especially oxygen. The Rutherford Backscattering technique was applied in order to obtain the elements composition and the depth profile. It was noticed a strong mixture between substrates elements with the indium nitride even close to the surface. The presence of unintentional impurities, mainly oxygen, are almost inevitable during thin films deposition. Thus, Density Functional Theory based on \\textit{ab initio} calculations was employed to investigate single and complex defects of oxygen in Indium Nitride and their influence on the optical properties. Different oxygen contents (x=2.76, 8.32, 11.11 and 22.22%) were considered in our study by using PBEsolGGA and TB-mBJ for the treatment of exchange-correlation energy and potential. It was found that oxygen is energetically favorable to exist mainly as singly charged isolated defect. The results using TB-mBJ approximation predicts a narrowing of the bandgap as oxygen content increases. Nevertheless, the larger contribution of the Moss-Burstein effect leads to an effective band-gap increase, yielding absorption edge values larger than that of the intrinsic bulk indium nitride.