Técnicas de Caracterização de Materiais

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.

Caracterização geral

Código

9477

Créditos

6.0

Professor responsável

Rui Jorge Cordeiro Silva

Horas

Semanais - 5

Totais - 77

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

Conhecimentos básicos de química, física e de ciência dos materais

Bibliografia

- D. Skoog et al., "Principles of Instrumental analysis", 6th edition, Cencage learning, 2007. 

- C. Brundle, C. Evans, S. Wilson, "Encyclopedia of Materials Characterization", Butterworth-Heinemann, 1992.

- D. K. Schroder, "Semiconductor Material and Device Characterization", 3rd ed., Wiley, 2006.

- J. Goldstein et al., "Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis", Springer, 2003.

Scanning Electron Microscopy, X-ray Microanalysis and Analytical Electron Microscopy; C. E. Lyman, J. Goldstein, D.E.Newbury et al.

- E. Lifshin (ed.), "X-ray characterization of materials", Wiley Verlag GmbH, 2008.

- O. Stenzel, "The Physics of Thin Film Optical Spectra: An Introduction", Springer, 2014. 

- V. Tolstoy, I. Chernyshova, V. Skryshevsky, "Handbook of Infrared Spectroscopy of Ultrathin Films", Wiley, New Jersey, 2003

- H. Fujiwara, "Spectroscopic Ellipsometry: Principles and Applications", Wiley, West Sussex, 2007

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 por dois questionários sobre as aulas práticas relativas às diferentes técnicas de caracterização.

Método de avaliação

Nota final
Componente teórica – 50 %
2 testes ou exame

Componente prática – 50 %
2 questionários (<30min cada) dos módulos práticos, a realizar fora das aulas
- 1º módulos FRX-DRX e Microscopia óptica 
- 2º módulos SEM-EDS-TEM-FIB e Espectroscopias

 

Frequência e aprovação
- Frequência: assistir a 2/3 das aulas práticas e média dos 2 questionários >= 9.5 valores
- Aprovação – frequência e média dos 2 testes ou exame >= 9.5 v

 

Nota sobre frequências e aulas práticas:

Os alunos que obtiveram frequência no ano lectivo de 2016/2017 e seguinte não necessitam de frequentar as práticas e a respectiva avaliação dessa componente.

Alunos com frequências obtidas em anos anteriores têm obrigatoriamente de frequentar as aulas práticas e ter aprovação na avaliação prática para obter frequência.

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..). Espectroscopia Raman.

Cursos

Cursos onde a unidade curricular é leccionada: