Assignatura: ANÀLISI DE SUPERFICIES

Quadrimestre: primavera

Crèdits ECTS: 2.5

Professors: Albert Cornet (Prof. Catedràtic), Adolf Canillas (Prof. Titular), Lorenzo Calvo (Prof. associat), Sergi Hernández (Ph. D. Juan de la Cierva), Cyrus Zamani (Ph. D. Juan de la cierva)

Departament / Facultat: Dept. Electrònica – Facultat de Física, UB

Objectius generals de coneixement:

Conèixer els fonaments de les tècniques d’anàlisi de superficies .
Valorar adequadament els límits de resolució de cada tècnica en el context global de les tècniques de caracterització.
Conèixer els fonaments de cada tècnica, els equipaments utilitzats i la informació que proporciona cada tècnica per valorar la seva aplicabilitat en funció de la problemàtica específica a analitzar.
Conèixer el panorama més actual sobre l’aplicació de les eines d’anàlisi superficial
Conèixer els fòrums internacionals de més prestigi per a la difusió de resultats.
Conèixer les instal·lacions de l’entorn proper i grans centres internacionals.

COMPETÈNCIES ESPECÍFIQUES:

Habilitat bàsica d’utilització d’eines d’anàlisi superficial.
Saber interpretar la informació i conèixer possibles fonts d’error d’interpretació.
Saber extreure informació quantitativa
Valorar la idoneïtat d’utilitzar les diferents eines d’anàlisi superficial per a la resolució d’un problema específic en termes d’esforç humà i econòmic – resultats esperats.
Definir estratègies de caracterització en funció de la problemàtica a resoldre i de la complementarietat amb altres tècniques de caracterització.
Valorar la complementarietat de les observacions directes amb les eines de quantificació i simulació adequades per a l’anàlisi en profunditat de la informació.

Recomanacions / Requisits previs

Recomanable nocions elementals de cristal·lografia i difracció
Recomanable coneixement de fonaments d’Òptica.

CONTINGUTS:

Tema 1. Introducció a les tècniques d’anàlisi superficial

Anàlisi de superficies: tècniques òptiques, estructurals i fisico-químiques per a caracterització de materials i processos en nanotecnologia
Característiques fonamentals: informació obtinguda, resolució espaial i en profunditat, sensibilitat, especificacions i requisits de les mostres
Interacció sonda – matèria
Capacitat per caracterització de processos (análisis in-situ, anàlisi exsitu).

Tema 2. Tècniques òptiques d’anàlisi

Reflectometria. Espectroscòpia IR de reflexió absorció (IR-RAS). El·lipsometria espectroscòpica (SE). Espectroscòpia anisòtropa de reflexió (RAS).
Polarimetria. Espectroscòpia òptica de transmissió. El·lipsometria de matriu de Mueller. El·lipsometria de dispersió Rayleigh-Mie.
Espectroscopia Raman. Principis de microsonda Raman. Estudis de resonancia. Anàlisi de superficies: “Surface Enhanced Raman Spectroscopy” SERS. Aplicacions a nanoestructures i nanomaterials:efectes de longitud de correlació.
Luminiscencia: Foto i electroluminiscencia. Absorció òptica: Fotoluminiscencia d’excitació. Aplicació a la caracterització de nanoestructures i nanoparticules. Anàlisi de superficies: TIRF

Tema 3. Tècniques de difracció

Caracterització d’estructures cristal.lines: Difracció de raigs X (XRD). Difracció de neutrons.
Utilització de radiació sincrotó “Energy Dispersive XRD”.
Efectes de nanogrà: Identificació de nanofases.
Tema 4. Tècniques fisico-químiques
Anàlisi de suprficies: XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy). UPS (Ultraaviolet Photoelectron Spectroscopy) Espectroscopia d’electrons Auger. Nanosonda Auger. Aplicacions pr anàlisi de profunditat (depth profiling)
SIMS: Espectroscopia de Mases d’Ions Secondaris. Aplicacions amb resolució nanomètrica pel anàlisi de superficies: TOF-SIMS
Tècniques basades en al utilització de radiació sincrotó: EXAFS “Extended X-Ray Absorption Fine Structure”

Tema 4. Tècniques fisico-químiques

Anàlisi de suprficies: XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy). UPS (Ultraaviolet Photoelectron Spectroscopy) Espectroscopia d’electrons Auger. Nanosonda Auger. Aplicacions pr anàlisi de profunditat (depth profiling)
SIMS: Espectroscopia de Mases d’Ions Secondaris. Aplicacions amb resolució nanomètrica pel anàlisi de superficies: TOF-SIMS
Tècniques basades en al utilització de radiació sincrotó: EXAFS “Extended X-Ray Absorption Fine Structure

Planificació:

Hores presencials aula: 12 hores (classes magistrals)
Hores Laboratori: 20 hores
Hores de treball no presencial: 12 hores
Hores de preparació i estudi per part de l’alumne: 25 hores

Pràctiques: Sessions de Laboratori

Considerem la realització d’un total de 8 sessions de laboratori de 2.5 hores cada una, amb una distribució per grups dels alumnes. Aquestes sessions es durien a terme bàsicament a les instal·lacions dels Serveis Científico-Tècnics de la Universitat de Barcelona. 4 d’elles serien dedicades a la introducció als instruments. Les 4 restants es complementarien amb exercicis derivats de l’execució pràctica i es resoldrien individualment o en grup, fent posteriorment una posada en comú dels resultats.

Avaluació

Lectura d’articles i treballs sobre utilització de les técniques. Realització i presentació d’una memòria

Bibliografia bàsica

Semiconductor Material and device characterization
D. Schroder.
Wiley Interscience (2006) ISBN-13:978-0-471-73906-7
Surface and Thin Film Analysis
Ed. H.Bubert and H.Jenett.
Wiley-VCH (2002) ISBN-3-527-30458-4
Optical Diagnostics for thin film processing
I.P.Herman.
Academic Press,Inc (1996) ISBN-0-12-342070-9
Encyclopedia of Materials Characterization
C. R. Brundle, C. A.Evans, and S. Wilson, Butterworth-Heinemann, 1992
Practical Surface Analysis - Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy
D. Briggs and M. P. Seah (Editors), Wiley Interscience, 1990 (2nd ed.)
Modern Spectroscopy
J. Michael Hollas, John Wiley & Sons, Ltd, Fourth Edition, 2004

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTÀRIA

Polarized Light in optics and Spectroscopy
D.S.Kliger,J.W.Lewis, C.E.Randall
Academic Press Inc. (1990) ISBN-0-12-414975-8
Handbook of Auger Electron Spectroscopy
Third Edition edited by Carol L. Hedberg , Physical Electronics, Inc., 1995
Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy
Edited by Jill Chastain, Perkin Elmer Corporation Physical Electronics Division,1992