Técnicas de Caracterização de Materiais
Código
9477
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Ciências dos Materiais
Créditos
6.0
Professor responsável
Pedro Miguel Cândido Barquinha
Horas semanais
5
Total de horas
66
Língua de ensino
Português
Objectivos
Esta unidade curricular tem por objectivo fornecer aos alunos formação sobre a funcionalidade e a aplicação de técnicas de caracterização onde se realçam as técnicas de: Mcroscopia óptica, DRX, FRX, SEM, EDS, FIB, TEM, Espectroscopia do Infravermelho e UV-Visível. A ideia fundamental é de tornar claro para os alunos desde cedo na sua formação académica quais as técnicas adequadas para responder às questões que possam ter acerca de um dado material/dispositivo.
Pré-requisitos
Conhecimentos básicos de química, física e de ciência dos materais
Conteúdo
DIFRACÇÃO E FLUORESCÊNCIA DE RAIOS X (DRX e FRX). DRX:A lei de Bragg. Cálculo factores de estrutura. Espectrómetro de dispersão em comprimentos de onda. A espectrometria de fluorescência de raios X.
MICROSCOPIA ÓPTICA: Luz. Espectro da luz visível. Leis da refracção, reflexão e difracção da luz. Fundamentos e componentes básicos da microscopia óptica. Principais tipos de microscópios, microscópios à transmissão e à reflexão.
Lentes concavas e convexas, distância focal e diagramas de raios de uma lente. Imagem. Definição da resolução e ampliação. Aberrações ópticas em lentes. Ampliação, abertura numérica e poder de resolução de uma simples lente. Sistemas de iluminação. Componentes ópticos: lentes condensadoras, oculares e objectivas. Tipos de objectivas (lentes achromat, fluorite ou semiapochromat and apochromat). Ampliação, abertura numérica e poder de resolução de uma lente. Profundidade de campo. Lentes de imersão. Diafragmas de abertura e de campo. Câmaras e imagem digital. Métodos de contraste em microscopia óptica: campo claro, iluminação oblíqua, campo escuro, contraste por filtros de Rheinberg, luz polarizada, contrate de fase, contraste por interferência diferencial (DIC). Microscópio de fluorescência.
MICROSCOPIA ELECTRÓNICA (SEM-TEM): Detectores de electrões e de radiação X (espectrómetros EDS e WDS). Métodos de contraste de imagem em SEM: contraste topográfico e de número atómico. Análise elementar em SEM-EDS/WDS. Feixe de iões focado (FIB). Introdução à microscopia electrónica de transmissão (TEM)
ESPECTROSCOPIAS ÓPTICAS: Espectroscopia de Infravermelho; Espectroscopia de Transmissão no infravermelho próximo - visível - ultravioleta; Elipsometria espectroscópica. Caracterização de películas finas de silício amorfo e óxido de zinco utilizando as referidas técnicas para a determinação da sua espessura, composição, e propriedades ópticas (índice de refração, hiato ópttico, coeficiente de absorção, etc..)
Bibliografia
Principles of Instrumental analysis, D. Skoog & D. West, 1971
Scanning Electron Microscopy, X-ray Microanalysis and Analytical Electron Microscopy; C. E. Lyman, J. Goldstein, D.E.Newbury et al.
X-ray characterization of materials / Eric Lifshin (ed.). WILEY-VCH Verlag GmbH, 1999
The Physics of Thin Film Optical Spectra: An Introduction Olaf Stenzel (Author), Springer;
Handbook of Infrared Spectroscopy of Ultrathin Films, VP Tolstoy, I Chernyshova, VA. Skryshevsky, Wiley-Blackwell
Spectroscopic Ellipsometry: Principles and Applications, H Fujiwara, VP Tolstoy, Wiley-Blackwell
Método de ensino
O programa está articulado entre aulas teóricas e práticas, 2 e 3 horas semanais, respectivamente, e divide-se em 4 módulos, cada um sobre uma técnica ou grupo de técnicas de caracterização: FRX-DRX, Mic. Óptica, SEM-EDS-FIB-TEM, Espectroscopias.
Nas aulas teóricas expõe-se oralmente a matéria, tendo sempre o suporte de ppts com noções fundamentais sobre as técnicas, equipamentos necessários e aplicabilidade na análise de materiais e dispositivos.
Nas aulas práticas os alunos têm contacto com as técnicas de caracterização abordadas nas aulas teóricas. O objectivo principal é demonstrar o funcionamento das técnicas usando materiais produzidos no âmbito de trabalhos de investigação em curso.
Os alunos são avaliados por dois testes efectuados ao longo do semestre, e um relatório de um dos trabalhos para cada grupo. Todos os grupos fazem ainda um pequeno questionário sobre cada técnica.
Método de avaliação
Nota final:
- Média de 2 testes ou exame - 100 % nota final
Aprovação:
- Nota mínima em cada teste: 7.0 valores
- Média dos 2 testes ou nota de exame: >=9.5 valores
Frequência:
- Assistir a 2/3 das aulas práticas