Desenvolvimento de sistema para obtenção de filmes finos supercondutores de alta temperatura crítica (HTS) por deposição por laser pulsado (PLD)

Neste trabalho de doutoramento foi realizado o projeto de instrumentação de um sistema de deposição por laser pulsado PLD (Pulse Laser Deposition), através da FAPESP/CEPID/CMDMC, para fabricação de filmes finos utilizando como fonte de energia externa um excimer laser pulsado de 248nm. O projeto de instrumentação apresentado neste trabalho é pioneiro no Brasil, com estas características e finalidade, dedicado à deposição de filmes finos supercondutores de alta temperatura crítica pela técnica de PLD. Filmes finos de YBCO (YBa2Cu3O7-δ) foram escolhidos para deposição, calibração e testes do sistema montado bem como na aprendizagem da técnica de deposição de filmes finos supercondutores. O contexto deste trabalho é constituído de uma introdução histórica da técnica de deposição por ablação a laser, comparação de técnicas de deposição de filmes por métodos físicos, uma revisão breve da teoria de supercondutividade e da teoria de crescimento de filmes finos. Na parte experimental estão descritos, em detalhes, toda a montagem do sistema de deposição por PLD, análises de todos os parâmetros que dizem respeito a esta técnica e fabricação dos alvos utilizados nas deposições. Por fim estão descritos os resultados das técnicas de caracterizações utilizadas e aplicadas para estudo dos filmes finos depositados pela técnica de PLD. Para análise dos filmes finos supercondutores foram utilizadas as técnicas de difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV EDX) e medidas magnéticas de suscetibilidade DC. Por ser pioneiro, este trabalho possibilita ao Grupo de Materiais e Dispositivos (GMD DF/UFSCar) bem como ao CMDMC a se engajarem em novas pesquisas, não apenas em materiais supercondutores, mas também na fabricação de dispositivos a base de filmes finos como sensores, heteroestruturas de multi componentes, memorias RAM, eletrodos, polímeros, filmes finos biocompativeis, efeito GMR, grafeno, entre outros, que podem ser fabricados de maneira precisa e controlada pela técnica de PLD.In this PhD work, the building of a PLD (Pulse Laser Deposition) system was accomplished with resources provided by FAPESP / CEPID / CMDMC, for the purpose of depositing thin films using an 248 nm pulsed excimer laser as external power source. The project presented here demonstrates that this work has the distinction of being a pioneer in Brazil in which says respect to superconducting thin film deposition trough PLD technique. Deposition of YBCO (YBa2Cu3O7-δ) thin films was the process chosen by us to calibrate and test the assembled system, as well as to learn the details of superconducting thin films deposition. The context of this work consists in a historical introduction to the laser deposition technique, comparison of techniques for thin film deposition trough physical methods and a brief review of the superconductivity theory and the theory of thin film growth. In the experimental part, we describe the assembly of the PLD system in detail, as well as we describe the analysis of the principal parameters that say respect to the technique and the fabrication of the targets utilized in the deposition. Finally, we describe the results of the characterization techniques applied to the study of thin films deposited by PLD. X ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy (SEM) and DC magnetic susceptibility measurements were used to analyze the superconducting thin films. Due to it pioneer condition, this work enables the Group of Materials and Devices (GMD - DF / UFSCar) as well as the CMDMC to engage in new research, not only in superconducting materials, but also in the fabrication of devices based on thin films, such as sensors, multi-components heterostructures, RAM memories, electrodes, polymers, biocompatible thin films, the GMR effect, graphene, among others, that can be fabricated precisely and controllably by the PLD technique