Produção de filmes finos cristalinos de TiO2 em processos assistidos por plasma.

• Autor(a) principal: Helson Toku
• Data de Publicação: 2007
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do ITA
• Texto Completo: http://www.bd.bibl.ita.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=452
• topic: Filmes finos; Cristalização; Óxidos de titânio; Tratamento de superfícies; Baixa temperatura; Deposição; Plasmas (Física); Física

O dióxido de titânio é um material usado em uma grande variedade de aplicações comuns e de alta tecnologia. Tem sido intensamente investigado por suas excelentes propriedades ópticas, elétricas e químicas, que o tornam apropriado para aplicações como células solares fotoquímicas, sensores de gases, filtros de interferência dielétricas, etc. Neste trabalho é proposta a investigação das melhores condições para deposição de filmes finos cristalinos de TiO2, preparado em baixas temperaturas (<150C) por magnetron sputtering reativo sobre substratos de silício tipo p. Para isso, o efeito da variação dos parâmetros de deposição como distância entre alvo e substrato, pressão total dos gases, concentração de oxigênio na mistura Ar+O2 e polarização do substrato, nas características dos filmes depositados foram estudadas e correlacionadas. É bem conhecido que altas temperaturas de processo favorecem a cristalização do filme. Todavia, temperaturas elevadas de deposição podem induzir a degradação das camadas estruturais promovendo reações interfaciais, interdifusão e outros defeitos na formação dos filmes. Estes problemas são as razões principais para se explicar o baixo desempenho ou até mesmo falha em alguns dispositivos fabricados. Neste trabalho foi demonstrado que é possível a obtenção de filmes cristalinos crescidos por processos de sputtering em baixa temperatura, mediante o uso parâmetros de deposição específicos. Isto é muito importante quando filmes cristalinos devem ser crescidos sobre substratos sensíveis a temperatura. A influência do aquecimento do substrato, pela descarga de plasma, na cristalização dos filmes finos de TiO2 depositados em substratos não aquecidos de silício, foi estudada para diversos valores de distância entre alvo e substrato e concentração de oxigênio na mistura de gases. Os resultados mostram que a temperatura superficial do substrato durante o processo de deposição é mais alta que a temperatura de substrato medida convencionalmente. A diferença pode alcançar 75C para deposições usando oxigênio puro. A espessura, estrutura e morfologia superficial dos filmes foram analisadas utilizando-se perfilometria, difração de raios x (XRD) e microscopia de força atômica (AFM), respectivamente. Resultados de XRD revelam que quando depositado sem aquecimento o filme de TiO2 tende a ser amorfo ou na forma anatasio para as condições normais de operação do magnetron (pressão=0,7 Pa, potência de 150W), dependendo da distância entre alvo e substrato. Observou-se que a fase rutílio somente foi obtida em pressões reduzidas (<0,5 Pa) ou sob polarização do substrato. Além disso, as medidas de AFM apontam para a formação de filmes com superfícies bastante rugosas, quando o substrato foi polarizado com voltagens entre -50 V e -200 V, este é um fato interessante quando se deseja a aplicação deste material como emissor de campo elétrico. Conclui-se que um controle rigoroso dos parâmetros de deposição e o uso da técnica de espectrometria de massas promovem um método eficiente para otimização dos compostos gerados na descarga e consequentemente condições estáveis de deposição para o crescimento de filmes finos cristalinos de TiO2 em baixas temperaturas de deposição.