Deposição de filmes finos de Cr e Cr-N via descarga híbrida de pulverização catódica e implantação iônica por imersão em plasma

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Fabricio Iusuti de Medeiros
• Orientador(a): Carina Barros Mello, Rogério de Moraes Oliveira
• Banca de defesa: Mario Ueda, Argemiro Soares da Silva Sobrinho
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores
• País: BR
• Resumo em Inglês: In this work, a hybrid system that associates plasma immersion ion implantation, secondary hollow cathode discharge and magnetron sputtering was used for Cr and Cr$_{x}$N$_{y}$ thin films deposition. For the rupture of secondary discharge, negative high voltage pulses were applied to the substrate and in a stainless steel tube positioned between the target and the substrate, generating a high-density plasma inside it. Some of the vaporized particles by the magnetron sputtering that pass through the secondary discharge are ionized, similarly to an ionized PVD process (iPVD), and the ions are implanted during the film growth. Metallic and ceramic films (Cr and Cr$_{x}$Ny) were produced in this system, respectively. The influence of secondary discharge on the quality of the films was evaluated with the application of the different voltage values in the tube, as well as different nitrogen proportions in the precursor gas mixture. The results of atomic force microscopy and scanning electron microscopy showed different morfologies and surface roughness influenced by the nitrogen proportion in the gas mixture. The scratch tests and Rockwell C indentation tests showed that the increase in the pulsed negative voltage applied to the system results in high adhesion of the films on the substrate, both for Cr$_{x}$N$_{y}$ and pure chromium films. In comparison to the films deposited without secondary discharge, the films deposited by the proposed system presented lower surface defect density, higher wear resistance and higher adhesion to the substrate.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2018/02.15.17.42

Neste trabalho, um sistema híbrido que associa implantação iônica por imersão em plasma, descarga secundária de catodo oco e pulverização catódica (magnetron sputtering) foi utilizado para a deposição de filmes de Cr e Cr$_{x}$N$_{y}$. Para a ruptura da descarga secundária, pulsos de alta tensão negativa foram aplicados no substrato e em um tubo metálico de aço inoxidável posicionado entre o alvo e o substrato, gerando um plasma secundário de catodo oco de alta densidade em seu interior. Parte das partículas pulverizadas pelo magnetron sputtering que atravessam o plasma da descarga secundária é ionizada, semelhante a um processo de PVD ionizado (iPVD), e os íons são implantados durante o crescimento do filme. Filmes metálicos e cerâmicos (Cr e Cr$_{x}$N$_{y}$) foram produzidos neste sistema. A influência da descarga secundária na qualidade dos filmes foi avaliada com a aplicação de diferentes valores de tensão no tubo, assim como diferentes proporções de nitrogênio na mistura gasosa precursora. Os resultados de microscopia de força atômica e microscopia eletrônica de varredura apresentaram diferentes morfologias e rugosidades superficiais influenciadas pela proporção de nitrogênio na mistura gasosa precursora. Os ensaios de scratch test e indentação Rockwell C mostraram que o aumento da tensão negativa pulsada aplicada ao sistema resulta em maior aderência dos filmes no substrato, tanto para os filmes de Cr$_{x}$N$_{y}$ quanto para os filmes de cromo puro. Em comparação aos filmes depositados sem descarga secundária, os filmes depositados pelo sistema proposto apresentaram menor densidade de defeitos superficiais, maior resistência ao desgaste e maior adesão ao substrato.