Mestrando: Eliane Souza dos Santos
Título: Estudo das propriedades estruturais das ligas amorfas de
carbono nitrogênio hidrogenadas
Data: maio 2006
Orientador: Johny Vilcarromero López
Banca Examinadora: Herculano da Silva Martinho (UNIVAP), Johnny
Vilcarromero Lopez (UNIVAP), Marcelo Nelson Paez Carreño
(LME/POLI-USP)
Resumo: Devido às interessantes características e possibilidades de
aplicação dos filmes finos de carbono amorfo, objetivou-se neste
trabalho o estudo das propriedades estruturais das ligas de carbono
nitrogênio hidrogenadas preparadas pela técnica rf-magnetron
sputtering, bem como a obtenção de filmes finos com a máxima
quantidade possível de ligações simples (sp3). Utilizou-se Argônio
para geração de plasma e conseqüente bombardeamento do alvo de
grafite. O sputtering do alvo de grafite foi depositado em substratos
de silício. A pressão total de trabalho, de 7.0 x 10-3 mbar (0,7 Pa)
dentro da câmara de deposição, e a temperatura do substrato, em 50
ºC, foram mantidas constantes para obtenção de todas as amostras
de carbono amorfo nesse trabalho. Estes parâmetros foram prédeterminados a partir de experiências realizadas na obtenção do
carbono amorfo na literatura e adaptadas no laboratório ao sistema
de deposição por plasma utilizado. Os resultados para compreensão e
correlação das propriedades estruturais foram obtidos por várias
medidas, tais como, perfilometria, espectroscopia de transmissão no
infravermelho e espectroscopia Raman. Numa primeira etapa,
variando-se apenas a potência de radiofreqüência, foram preparados
filmes finos de carbono amorfo (a-C), onde se escolheu a amostra
que possui uma razão Id/Ig de 0,7 e quantidade de ligações sp3 ao
redor de 15% de acordo com o modelo dos três estágios de
Robertson. As amostras de a-C realizadas com valores mais baixos de
potências de radiofreqüência tiveram menor taxa de deposição e os
filmes obtidos com potência de radiofreqüência a partir de 200W não
tiveram boa aderência no substrato. Estão presentes na estrutura
desses filmes as seguintes ligações moleculares: CHn fora do plano, e
as ligações simples e duplas CC. Os melhores resultados foram
obtidos com potência de radiofreqüência igual a 50 e 100W. Foram
preparadas, em outras duas etapas, duas séries de amostras de
carbono amorfo nitrogenado; uma com potência de radiofreqüência
igual a 100W e outra com 50W, introduzindo o N2 numa variação do
fluxo dentro da câmara de 0 até 100 sccm. Em geral, os melhores
resultados nesta etapa, foram os obtidos com as amostras
preparadas com fluxo de N2 variando de 10 a 30 sccm. As amostras
obtidas nestas duas etapas com fluxo de N2 igual a 10 sccm tiveram
mais baixa razão Id/Ig, em torno de 0,6, mas a amostra obtida com
potência de radiofreqüência igual a 100W teve aproximadamente
17% de ligações sp3, 2% a mais que a amostra obtida com potência
de radiofreqüência igual a 50W. É possível que as estruturas dos
filmes de a-C e a-CN sejam constituídas de pequenos clusters de
grafite nanocristalino. Os espectros FTIR das amostras de a-CN são
mais intensos que os das amostras a-C devido ao maior momento
dipolar das ligações N. As estruturas dos filmes de a-CN desta
experiência são compostas pelas seguintes ligações moleculares:
C−N, C=C, C=N, C≡N, CHn fora do plano, CHn e NH. Numa última
etapa, foram preparadas amostras de filmes finos de amorfos
hidrogenados de carbono-nitrogênio com potência de radiofreqüência
igual a 100W, fluxo de nitrogênio fixo em 20 sccm e o fluxo de H2
variando de 0 a 70 sccm. Neste grupo, foi obtido razão Id/Ig em
torno de 0,3, relacionado à amostra preparada com fluxo de H2 igual
a 10 sccm. Esta amostra apresentou em torno de 50% de ligações
sp3. As amostras de a-CN:H não apresentaram uniformidade em
todos os filmes o que não permitiu uma ampla discussão sobre seus
efeitos; neste estudo são discutidos somente alguns resultados
interessantes.
Palavras-chave: carbono amorfo, sputtering, filmes finos, ligas de
carbono nitrogênio hidrogenadas