Deposição e corrosão de filmes de carbono tipo diamante através de técnicas assistidas por plasma. - Massi, Marcos (1999)
Filmes de carbono tipo diamante (DLC) fazem parte de uma família de materiais denominados novos ou avançados, por possuírem propriedades físico-químicas que possibilitam seu uso em diversos ramos da indústria. Entre essas áreas destaca-se a microeletrônica, onde o DLC pode ser usado como dielétrico para capacitores devido sua alta resistividade elétrica, como camada de passivação devido sua inércia química, ou ainda, como cobertura para micro-máquinas em função de seu baixo coeficiente de atrito. Sua aplicação como material em dispositivos microeletrônicos foi a principal motivação para a realização desse trabalho, levando-nos, portanto, a estudar não apenas os mecanismos relativos à sua síntese, mas também os relativos à sua corrosão. Filmes de DLC hidrogenados (a-C:H) e não-hidrogenados (a-C) foram produzidos através de um sistema do tipo \"magnetron sputtering\", usando alvo de grafite com 99,999% de pureza. Durante este estudo foi verificada a influência da temperatura do substrato (na faixa de 50 a 300\'GRAUS\'C), da vazão de hidrogênio adicionada à descarga (de 0 a 2,5sccm) e da potência da descarga elétrica (de 70W a 200W) sobre as propriedades físico-químicas dos filmes. Valores típicos da taxa de deposição estão na faixa de 2nm/min a 20nm/min. Iniciando a apresentação dos resultados com os filmes não-hidrogenados, verificou-se que suas deposições feitas com temperaturas próximas as do ambiente deramorigem aos filmes com melhores características elétricas (resistividade elétrica de 2.10\'POT.5\' \'ÔMEGA\'.cm e constante dielétrica de 2,5), entretanto os altos valores de tensão interna (9,6GPa) inviabilizaram esta condição de trabalho. Adicionando-se hidrogênio à descarga elétrica, foi verificada a diminuição dessa tensão interna para valores suficientemente baixos, tais que evitaram seu desprendimento do substrato. Além disso, foi verificado um aumento em quatro ordens de grandeza no valor da resistividade elétrica do filme, enquanto que sua constante dielétrica permaneceu praticamente inalterada em 3,2. Variando-se a vazão de hidrogênio adicionada a descarga de zero até 1,5 sccm, verificou-se uma redução de 50% nos valores de rugosidade (rms) do filme (de 0,41nm para 0,20nm). Em relação à potência elétrica aplicada à descarga vimos que seu aumento de 70W para 150W provoca um aumento na não-uniformidade no perfil radial da taxa de deposição de 18% para 35%. Parte dos filmes depositados foi submetida à corrosão por plasma de oxigênio em um reator do tipo \"reactive ion etching\" (RIE). Nesses processos foram obtidos perfis praticamente verticais para pressão de trabalho de 50mTorr em toda a faixa de potência rf que se utilizou (de 50W a 150W), tanto para os filmes a-C quanto para os a-C:H. As taxas de corrosão variaram de 70nm/min a 380nm/min, para a mesma faixa de potência e alterando-se a pressão de oxigênio de 50mTorraté 150mTorr. Através da variação do tempo de exposição dos filmes à corrosão por plasma foi observada a existência de duas fases tanto nos filmes do tipo a-C quanto nos do tipo a-C:H, cada qual com uma taxa de corrosão característica. Foi verificado também qua há um valor ótimo no grau de hidrogenização dos filmes para o qual há uma minimização na taxa de corrosão. Este comportamento deve estar relacionado com a concentração relativa entre as duas fases existentes no filme. Finalmente, vimos que a faixa de trabalho das variáveis de controle de ambos os processos estudados nesta tese foi suficiente para que as características dos filmes variassem significativamente, possibilitando-nos ajustá-las de acordo com o propósito desejado para a utilização desse material.