| Ano: | 1999 | |||
| Título: |
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| Palavra Chave: | Filmes Finos
Diamante-CVD |
Surfatron
Ondas de Superfície |
Lançador de Microondas Tribologia |
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| Autor: | AZEVEDO, Adriana Faria | |||
| Orientador: | Vladimir Jesus Trava Airoldi | |||
| Banca
Examinadora: |
Alain Laurent M. Robin | Vítor Baranauskas | ||
| Resumo: | Neste
trabalho apresenta-se a pesquisa desenvolvida para se obter filmes finos
de diamante-CVD com granulometria ultra fina e alta aderência em
diferentes substratos. A técnica utilizada foi a de deposição
química na fase vapor (CVD – do Inglês Chemical Vapor Deposition)
assistida por plasma gerado por descarga de microondas. O plasma é
gerado a partir de uma cavidade ressonante e lançado para fora da
cavidade onde propaga-se através da superfície de um meio
dielétrico, que neste trabalho foi um tubo cilíndrico de
quartzo. A superfície guia do plasma foi calculada de forma a propiciar
a formação de uma casca de plasma ao seu final com formato
de um hemisfério com alta densidade de energia. Esta técnica,
a primeira no País, e uma das únicas no mundo com alta potência
(6 kW), tem demonstrado ser importante para investigações
básicas, além de ser possível obter filmes com altas
taxas de nucleação, baixa rugosidade e baixa contaminação
proveniente do processo de deposição.
Por ser um sistema novo, a sua montagem como um todo requereu um estudo adequado quanto ao seu layout. Com o sistema montado, testes rigorosos de vazamento de gases, bem como de vazamento do líquido refrigerador foram feitos, com a preocupação de que tanto os gases, entre eles o hidrogênio, como o líquido de refrigeração, o dimetil-polissiloxano (DMPS), devam estar completamente estanques. O líquido DMPS, por ter propriedades térmicas peculiares, levou a um cálculo mais específico de trocadores de calor, principalmente quando potências elevadas são utilizadas. A primeira etapa, antes da obtenção dos filmes de diamante, foi obter um plasma que se propaga com o modo m = 0, preferencialmente, pois a densidade de energia na casca será mais uniforme. Por ser um sistema que envolve conceitos básicos importantes quanto a propagação de ondas em superfície e a formação de uma casca de plasma de alta densidade de energia ao final do dielétrico, iniciou-se o trabalho de pesquisa com a preocupação de dar uma contribuição quanto ao esclarecimento da formação desta casca em função dos parâmetros de propagação das ondas eletromagnéticas em guias de superfícies e da necessidade de se adequar um perfil exótico de superfície de dielétrico para alcançar o fechamento da casca de plasma. Inicialmente, foi feito um levantamento bibliográfico sobre estes assuntos, constatando-se a inexistência de um bom esclarecimento teórico destes efeitos. Baseado na literatura, embora escassa, e em alguns modelos, deu-se ênfase a estudos experimentais, buscando compreender a dependência das características da casca de plasma em função do meio dielétrico de propagação das ondas. Várias configurações de superfícies de tubos foram idealizadas e testadas experimentalmente. Este estudo revelou ser um vasto campo de trabalho com excelentes resultados que serão apresentados, neste trabalho, pela primeira vez. Em seguida foram feitos estudos de parâmetros de funcionamento do Surfatron, tais como, a dependência da área superficial da casca de plasma disponível para o crescimento em função da potência incidente, a dependência da temperatura do substrato em função da potência incidente e em função da posição do substrato em relação à casca de plasma. Durante todas as experiências o sistema esteve bastante estável, sem oscilações no plasma ou problemas de queda de energia da fonte de microondas. Os próximos passos foram o de se obter filmes de diamante-CVD sobre silício e quartzo. Estas experiências envolveram uma série de parâmetros de crescimento, que foram bastante explorados, tais como, a adição de pequenas concentrações de oxigênio, em torno de 0,15% vol., a variação da potência de microondas incidente de 1,5 à 3,5 kW, a pressão interna do reator de 20 à 40 torr e a concentração de metano em hidrogênio de 0,25 à 1,0% vol. Também foram estudadas diferentes técnicas de preparação dos substratos, variando-se o tempo de preparação das amostras, a qualidade do pó de diamante e o solvente, no qual a amostra fica imersa durante o banho de ultrassom. Por último, apresenta-se os resultados das análises utilizando as principais técnicas de caracterização de filmes, tais como, a espectroscopia de espalhamento Raman, a microscopia eletrônica de varredura, a técnica de espéctroscopia de fotoelétrons excitados por raios X e a técnica de espectrofotometria no intervalo espectral desde ultravioleta até o infravermelho próximo. |
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