Determinação de propriedades mecânicas de filmes de DLC (Diamond-Like carbon) por meio de estruturas formadas por delaminação espontânea

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Álvarez, Robinson Franco
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-15062022-071251/
Resumo: Inúmeras aplicações tecnológicas tais como eletrônica, ótica, transporte e outras indústrias, exigem a síntese de peças pequenas que podem ser cobertas por um filme em determinado momento de sua construção melhorando assim as características dessas peças para aplicações específicas. Nesse sentido, os filmes são usados para otimizar uma ou mais propriedades do substrato no qual é depositado, ou mesmo para dotá-lo de novas propriedades físicas ou químicas. A delaminação dos filmes a partir de seu substrato é geralmente um fenômeno indesejável nos diferentes tipos de aplicações, por exemplo, um grande número de falhas em circuitos integrados resultam, em boa parte, do comportamento mecânico do filme-substrato (delaminação, fraturas, etc.). No entanto, as propriedades mecânicas dos filmes finos são testadas por diferentes métodos convencionais que podem não ser adequados para filmes com espessura inferior a 1 m. Como exemplo, entre as diferentes técnicas experimentais desenvolvidas para estudar as propriedades mecânicas dos filmes, assim como também para estudar as características de fratura da interface filme-substrato, os testes de nanoindentação são ótimos para tais estudos, embora essas técnicas são limitadas pois não podem exceder 1030% da espessura do filme. Este trabalho propõe, Como alternativa a tais limitações, novas abordagens que usam as próprias deformações estruturais do filme por conta da delaminação para desenvolver técnicas que permitam caracterizar as propriedades mecânicas do material do qual está feito este filme assim como a interface filme-substrato o que poderia ser grande utilidade em diferentes aplicações tecnológicas relacionadas à microeletrônica, microfluídica e, em geral, dispositivos NEMS e MEMS (Nano and Micro-Electro-Mechanical-Systems). Neste trabalho se apresenta inicialmente análises feitas em deformações tipo Straight Sides (SS). Para tanto, foram feitas experiências de deposição em Polimetilmetacrilato (PMMA) litografado criando áreas cujos comprimentos são muito maiores do que sua largura mostrando condições experimentais necessárias para obtenção de estruturas do tipo SS bem formadas as quais foram estudadas através de diferentes modelos. Logo se apresentam modelos teóricos para estruturas mais complexas chamadas Telephone Cord (TC), assim, com o estudo dos dados experimentais através desses modelos, foram obtidas propriedades mecânicas dos filmes de DLC, como feito para estruturas SS.
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A delaminação dos filmes a partir de seu substrato é geralmente um fenômeno indesejável nos diferentes tipos de aplicações, por exemplo, um grande número de falhas em circuitos integrados resultam, em boa parte, do comportamento mecânico do filme-substrato (delaminação, fraturas, etc.). No entanto, as propriedades mecânicas dos filmes finos são testadas por diferentes métodos convencionais que podem não ser adequados para filmes com espessura inferior a 1 m. Como exemplo, entre as diferentes técnicas experimentais desenvolvidas para estudar as propriedades mecânicas dos filmes, assim como também para estudar as características de fratura da interface filme-substrato, os testes de nanoindentação são ótimos para tais estudos, embora essas técnicas são limitadas pois não podem exceder 1030% da espessura do filme. Este trabalho propõe, Como alternativa a tais limitações, novas abordagens que usam as próprias deformações estruturais do filme por conta da delaminação para desenvolver técnicas que permitam caracterizar as propriedades mecânicas do material do qual está feito este filme assim como a interface filme-substrato o que poderia ser grande utilidade em diferentes aplicações tecnológicas relacionadas à microeletrônica, microfluídica e, em geral, dispositivos NEMS e MEMS (Nano and Micro-Electro-Mechanical-Systems). Neste trabalho se apresenta inicialmente análises feitas em deformações tipo Straight Sides (SS). Para tanto, foram feitas experiências de deposição em Polimetilmetacrilato (PMMA) litografado criando áreas cujos comprimentos são muito maiores do que sua largura mostrando condições experimentais necessárias para obtenção de estruturas do tipo SS bem formadas as quais foram estudadas através de diferentes modelos. Logo se apresentam modelos teóricos para estruturas mais complexas chamadas Telephone Cord (TC), assim, com o estudo dos dados experimentais através desses modelos, foram obtidas propriedades mecânicas dos filmes de DLC, como feito para estruturas SS.Numerous technological applications such as electronics, optics, transportation and other industries, require the synthesis of small parts that can be covered by a film at a given moment of their construction, thus improving the characteristics of these parts for specific applications. In this sense, films are used to optimize one or more properties of the substrate on which it is deposited, or even to provide it with new physical or chemical properties. The delamination of films from their substrate is generally an undesirable phenomenon in different types of applications, for example, a large number of failures in integrated circuits result, in large part, from the mechanical behavior of the film-substrate (delamination, fractures, etc.). However, the mechanical properties of the films are tested by different conventional methods which may not be suitable for films with a thickness of less than 1 m. As an example, among the different experimental techniques developed to study the mechanical properties of films, as well as to study the fracture characteristics of the film-substrate interface, nanoindentation tests are great for such studies, although these techniques are limited as they cannot exceed 10 30% of the film thickness. This work proposes, As an alternative to such limitations, new approaches that use the films own structural deformations due to delamination to develop techniques that allow characterizing the mechanical properties of the material from which this film is made, as well as the film-substrate interface, which could be very useful in different technological applications related to microelectronics, microfluidics and, in general, NEMS and MEMS devices (Nano and Micro-Electro-Mechanical-Systems). This work initially presents analyzes performed on Straight Sides (SS) deformations. For that, deposition experiments were carried out on lithographed Poly(methyl methacrylate) (PMMA), creating areas whose lengths are much greater than their width, showing necessary experimental conditions to obtain well-formed SS-type structures which were studied through different models. Soon, theoretical models for more complex structures called Telephone Cord (TC) are presented, thus, with the study of experimental data through these models, mechanical properties of DLC films were obtained, as done for SS structures.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPSalvadori, Maria Cecilia Barbosa da SilveiraÁlvarez, Robinson Franco2022-05-04info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-15062022-071251/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2022-07-08T18:36:54Zoai:teses.usp.br:tde-15062022-071251Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212022-07-08T18:36:54Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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