Superfícies de diamante com condutividade elétrica e ativas termicamente, para monitorização de reações bioquímicas

• Autor(a) principal: Almeida, Tiago Pinheiro de
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/39721
• topic: CVD; HFCVD; Diamante; Taguchi; Deposição; Gases; Substrato; Filme; Nucleação; Morfologia; Grãos; Rugosidade; Espessura; Espectro; Carbono sp³; Carbono sp²; CH₄/H₂; Árgon; Boro; Pressão; Temperatura; FoM; Resistência; TCR; Parâmetro β

O diamante CVD (Chemical Vapor Deposition) é relativamente simples de sintetizar através da técnica de HFCVD (Hot Filament CVD) e nas últimas décadas tem vindo a despertar curiosidade devido ao seu conjunto de propriedades elétricas, óticas e térmicas notáveis. A partir da adição do elemento dopante boro, é possível alterar as propriedades elétricas dos filmes tais que o diamante sendo isolador elétrico (não dopado) passe a tornar-se um semicondutor ou até condutor dependente da intensidade da dopagem. Diamante CVD dopado com boro passa a ter um comportamento termoelétrico idêntico ao de um NTC (negative temperature coefficient); podendo assim torna-se um sensor de temperatura com excelente precisão e grandes potencialidades no que toca à monitorização de temperatura em tecidos vivos ou em reações bioquímicas na qual ocorrem pequenas variações de temperatura. Este estudo proporcionou uma avaliação do efeito de diferentes combinações de parâmetros da técnica HFCVD nas propriedades finais dos filmes de diamante. Os parâmetros analisados foram o rácio CH₄/H₂, o fluxo de árgon, o fluxo de boro, a pressão na câmara de deposição e a temperatura do substrato. Avaliou-se o seu feito combinado na morfologia e espessura do filme recorrendo à microscopia eletrónica de varrimento. Notou-se que um aumento do rácio de CH₄/H₂ teve o maior impacto no tamanho de grão, diminuindo com o aumento do rácio. A espessura não apresentou uma correlação clara com as condições de deposição. A perfilometria 3D revelou que a rugosidade diminui com um aumento do fluxo de metano. A análise de Raman permitiu identificar a presença do diamante CVD e a evolução da qualidade dos filmes com o aumento do rácio de CH₄/H₂. Com o aumento do fluxo de metano promove-se a formação de fases grafíticas no filme relativamente às amostras obtidas com menores fluxos. Na caracterização elétrica, determinaram-se as curvas R(T) de todas as amostras, o valor do β e do TCR e a resistência elétrica de superfície à temperatura ambiente. Obtiveram-se filmes de diamante com sensibilidades térmicas com valores de TCR de até -1,2 %/°C. Com este trabalho foi possível otimizar os parâmetros de deposição da técnica HFCVD de modo a conseguir-se termístores com elevada sensibilidade térmica.