Neste trabalho são apresentados os primeiros resultados obtidos por diagnósticos espectroscópicos no dispositivo toroidal de confinamento magnético de plasma, CECI, de configuração R.F.P.("Reversed Field Pinch"). Tais diagnósticos foram realizados com objetivo de caracterizar parâmetros macroscópicos do plasma, parte fundamental no estudo do processo de formação e manutenção da configuração R.F.P. do mesmo. Entre os diagnósticos espectroscópico realizados estão a medida da temperatura de elétrons pelo método do razão das intensidades das linhas singleto 4921 Å e tripleto 4713 Å do H e I, cuja aplicabilidade para as condições de operação do CECI é discutida, uma vez que o valor superestimado por este método é da ordem de 40-50eV e o valor encontrado por sonda dupla é da ordem de 10eV; medida da carga iônica efetiva através da nedida da radiação Bremsstrahlung, fornecendo Zef = 1,5 e o estudo qualitativo da limpeza do sistema por descargas.Foram também realizadas medidas do grau de ionização do plasma conhecendo-se a resistividade experimental, e o diagrama F - Ø através de sondas magnéticas visando estudar o comportamento da configuração dos campos magnéticos no dispositivos CECI.

Dentre várias técnicas de diagnóstico de plasma, uma das mais importantes existentes atualmente é a espectroscopia por emissão de feixe, para a determinação da densidade de plasmas e suas flutuações. Este trabalho visou o desenvolvimento de um canhão de feixes de Li+ através da emissão termiônica de um composto cristalino chamado b-eucryptita. Esse composto é normalmente usado em forma pastosa, e feixes de Li+ com intensidade abaixo de 200mA/cm2 são obtidos, com energia de aceleração < 10keV. Neste trabalho, contudo, feixes de 3mA/cm2 de intensidade foram obtidos, com energia de aceleração entre 0,5 e 3keV. Este significativo aumento de densidade do feixe deveu-se a mudança de forma do b-eucryptita de pastoso para vítreo. Ao ser elevada a temperatura do b-eucryptita a 1300oC, sob pressão de 5 x 10-5 Torr, esse composto atingiu seu ponto de fusão, e passou a emitir Li+ com intensidade 10 vezes mais alta do que antes da fusão. Após ser resfriado até a temperatura ambiente, o b-eucryptita assumiu a forma vítrea, e manteve a alta emissão de íons de Li+ adquirida com a fusão. Utilizando o b-eucryptita na forma vítrea no canhão com geometria de Pierce acoplado a lente eletrostática cilíndrica no modo einzel, feixes de Li+ com densidade de corrente abaixo de 50mA/cm2 e diâmetro entre 0,5cm e 2cm, para uma energia de aceleração <2keV foram obtidos. Esta redução da corrente se deve ao fato de que à baixa energia (<3keV) o efeito da carga espacial sobre o feixe é muito intenso, limitando assim sua intensidade e aumentando seu diâmetro.

Para cumprir um dos principais planos de pesquisa do Experimento Tokamak Esférico - ETE, que é o de investigar a região de borda da coluna de plasma em dispositivos de baixa razão de aspecto, desenvolveu-se um sistema de diagnóstico baseado em um Feixe de Lítio Neutro e Rápido - FLNR. Nos diagnósticos de feixes atômicos, como é o caso do FLNR, os perfis da densidade de elétrons são obtidos pela medida da emissão do feixe neutro de lítio. Quando átomos de lítio são injetados em um plasma eles emitem fótons devido a processo de excitação por impacto com elétrons. A taxa local de emissão de fótons, referente à linha de ressonância do lítio, no comprimento de onda l = 670,8 nm, é proporcional à densidade do plasma. Na região sondada pelo FLNR no ETE, a atenuação sofrida pelo feixe pode ser desprezada e a densidade é obtida por meio de processo de calibração da emissão do feixe feita em gás neutro. O feixe produzido neste diagnóstico, após um exaustivo esforço para otimizar suas características de emissão, tem densidade de corrente inicial de 1mA/cm2, energia de 10 keV, diâmetro de cerca de 2 cm, sendo neutralizado com eficiência de aproximadamente 80%. O sistema de detecção ótica instalado permite coletar a luz proveniente dos átomos de lítio em uma única posição radial no ETE, 7 cm afastado do limitador, com resolução espacial de cerca de 1 cm e resolução temporal menor que 1 ms. Em sondagem feita no gás neutro com o FLNR obtiveram-se medidas da rápida variação da pressão no interior da câmara de vácuo do ETE após injeção de gás por válvula puff. Também se determinou a densidade da descarga glow de He, usada em processo de condicionamento do vácuo no ETE. Por fim, o diagnóstico do FLNR permitiu a determinação da evolução temporal da densidade eletrônica na borda do plasma produzido na descarga do ETE, com excelente resolução espacial e temporal. O resultado alcançado foi confrontado com os valores obtidos por diagnósticos de sonda eletrostática e por espalhamento Thomson; a boa concordância dos pontos experimentais valida o diagnóstico do FLNR como poderosa ferramenta para sondar o plasma de borda no tokamak ETE. Já está em andamento a ampliação do sistema de detecção ótica que irá permitir a obtenção do perfil radial da densidade na borda da coluna de plasma, em um único disparo no ETE.

Descargas de catodo oco (DCO) são capazes de gerar plasmas densos e são empregadas para o desenvolvimento de reatores a plasma em baixa pressão, com taxas elevadas de produção de partículas reativas e alta eficiência de processamento de materiais. A característica geométrica de uma DCO promove oscilações de elétrons de alta energia dentro do catodo, intensificando a ionização, o bombardeio de íons nas paredes internas e outros processos subseqüentes. O objetivo do presente estudo foi investigar sobre as características principais de uma descarga de catodo oco em corrente contínua a fim avaliar sua capacidade de gerar compostos no volume de plasma, pela reação entre as espécies pulverizadas do catodo e os radicais formados na descarga. A DCO foi operada com os gases argônio, nitrogênio e oxigênio em pressões variando na faixa de (9 - 50) Pa e fluxo na faixa de (1 - 100) sccm. A tensão de operação da descarga variou entre (300 - 900) V que corresponde à corrente de descarga entre (10 - 1000) mA. Uma bobina de Helmholtz foi empregada para produzir um campo magnético de baixa intensidade e uniforme ao longo do eixo da descarga variando entre (0 - 10)10-3 T. Os efeitos destes parâmetros, configurações do eletrodo e materiais do catodo (Al, C, Ti), foram investigados nos modos de descarga escura e descarga luminescente a fim de melhorar a eficiência de ionização da descarga e conseqüentemente, produzir plasmas com alta reatividade para a formação de determinados compostos. Os parâmetros do plasma foram inferidos da característica corrente-tensão de uma sonda cilíndrica simples (sonda de Langmuir) posicionada entre os catodos considerando a influência da distância inter-catódica e do campo magnético. Os valores obtidos para a densidade e temperatura de elétrons estão entre (1016 - 1017) m-3 e (2 - 5) eV, respectivamente. Com a técnica de espectrometria de massa algumas espécies na fase gasosa do plasma foram monitoradas para várias condições de operação da descarga. Esta análise de massa complementada com as medidas de sonda fornece uma orientação para otimização da geração dos compostos na descarga e conseqüentemente, para a deposição de filmes finos destes compostos. Interesse especial foi focado na formação de carbono (C), nitreto de alumínio (AlN), dióxido de titânio (TiO2), óxido de titânio (TiO) e nitreto de titânio (TiN) na descarga.

Neste trabalho foram desenvolvidos estudos sobre um jato de plasma com o objetivo de aperfeiçoar seu emprego para corrosão (plasma etching) de materiais eletrônicos. Foi investigado um novo tipo de reator, recentemente desenvolvido, no qual um jato de plasma é gerado em alto vácuo a fim de proceder à corrosão dos materiais. Com o intuito de determinar as condições características de corrosão adequadas a processos de microeletrônica, foram realizados diversos experimentos a fim de avaliar a influência dos parâmetros de controle tais como corrente elétrica da descarga, tensão aplicada, pressão de operação, e influência de campo magnético. Os materiais utilizados, especificamente, filmes de Carbono tipo Diamante são fabricados por técnicas de deposição por sputtering. As taxas de corrosão em função dos parâmetros de controle constituíram o conjunto de condições de operação avaliadas no sentido de se caracterizar a nova técnica de corrosão por plasma para processos de microeletrônica. Os resultados indicam que o processo em alto vácuo na presença de campos magnéticos moderados oferecem algumas vantagens potenciais em relação a outras técnicas de processamento por plasma utilizadas na microeletrônica. A corrosão em ambiente de baixa pressão reduz a presença de impurezas sendo que a direcionalidade do jato de plasma favorece a anisotropia da corrosão.

Com o uso de uma sonda de Langmuir e modelos numéricos se investigou uma descarga de oxigênio num reator acoplado capacitivamente a uma fonte de radiofrequência, com o propósito de se estudar os parâmetros intrínsecos do plasma, como densidade eletrônica e iônica, potencial flutuante, potencial do plasma, temperatura eletrônica, potencial da bainha catódica - VDC, em relação aos parâmetros de processo: potência e pressão. Dentre os resultados apresentados neste trabalho destacamos a boa concordância da densidade eletrônica calculada pelo Modelo Global - MG, e medida pela sonda de Langmuir. Além disso, tanto o método partícula-na-célula - PIC quanto o MG apresentaram uma boa concordância em relação a temperatura eletrônica simulada e medida experimentalmente. Foi observado experimentalmente que a temperatura eletrônica - Te, é intensificada para pressões abaixo de 30 mTorr, embora a densidade eletrônica seja baixa, como é característico do reator de corrosão a plasma por íons reativos - RIE. Aumentando-se a potência consegue-se um aumento da densidade eletrônica e iônica, embora a temperatura tenda a se manter em torno de 2 eV, para potências acima de 50 W. Um aumento da temperatura eletrônica apenas é substancial para potências menores que 30 W, para qualquer valor de pressão, embora para essa faixa de potência a densidade eletrônica seja baixa. Uma anomalia no perfil da densidade eletrônica em função da pressão foi encontrada para a região em torno de 85 mTorr. Estudos complementares serão conduzidos com o objetivo de melhor esclarecer essa anomalia. Por último, a FDEE se mostrou bi-Maxwelliana para pressões abaixo de 20 mTorr para todos os valores de potência investigados.

Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de se aplicar uma técnica inédita para se determinar a velocidade de propagação de ondas de pressão em uma coluna de plasma fracamente ionizado. Essas ondas são geradas pela emissão de sinal de ruído branco, acopladas ao plasma através de transdutores piezelétricos. A caracterização da velocidade de propagação é estudada com o objetivo de oferecer uma nova ferramenta para o processo de diagnóstico do gás. O estudo foi feito a partir de funções de correlação cruzada para a obtenção do tempo de atraso na propagação das ondas sonoras.Esta técnica foi validada através de simulações das funções de correlação cruzada, realizadas via o programa Matlab. São apresentadas várias curvas que mostram a relação existente entre as condições ambientes (pressão interna, voltagem aplicada nos eletrodos e fluxo de gás) e os parâmetros de plasma (potencial flutuante, potencial de plasma, temperatura, densidade eletrônica e corrente de saturação eletrônica). Através dos resultados, verificou-se que a velocidade das ondas propagadas está diretamente relacionada com a temperatura e a densidade eletrônicas, evidenciando a sua importância na determinação dos parâmetros do plasma.

Neste trabalho foram realizadas investigações em plasmas fluorados CF4 e SF6 e em suas aplicações no processo de corrosão de lâminas de Si. Estes plasmas foram gerados no convencional reator RIE de eletrodo planar e em dois reatores especialmente desenvolvidos para os estudos previstos: reator RIE com eletrodo oco e reator constritivo para geração de um jato de plasma em baixa pressão. Uma combinação de métodos de diagnóstico experimentais (como sonda de Langmuir, determinação do potencial VDC, espectrometria de massa e espectroscopia ótica) e de modelagem computacional de reatores e processos de corrosão a plasma (modelo global e o modelo de corrosão baseado na cinética de Langmuir para quimiossorção dos átomos reativos) foram utilizados de modo a esclarecer os principais mecanismos que regem a física e a química dos plasmas gerados e as interações plasma - superfície do Si, com o objetivo de verificar as melhores condições experimentais para obtenção de altas taxas de corrosão e controle do perfil corroído do substrato de Si. Dentre os resultados apresentados nesta tese, destacamos a boa concordância entre os parâmetros de plasma medidos experimentalmente e simulados, permitindo assim realizar uma discussão mais aprofundada da física do plasma, bem como determinar os parâmetros essenciais na investigação do processo de corrosão do Si, como: energia e fluxos das partículas incidentes no substrato de Si. Enfatizamos também os resultados dos reatores RIE com eletrodo oco e de jato de plasma, onde foi possível mostrar a larga capacidade de dissociação dos gases fluorados pelos plasmas gerados em pressões entre 3-30 mTorr, resultado este observado na prática através das elevadas taxas de corrosão medidas no Si corroído: da ordem de 1-10 mm/min para o plasma RIE com eletrodo oco e de 0,1-1,2 mm/min para o sistema de jato de plasma. Estes resultados são comparáveis a plasmas ICP operando em condições de processo similares. Finalmente, foi mostrado que as condições de processo onde o perfil de corrosão é anisotrópico para estes reatores foram obtidas somente para misturas dos gases fluorados com O2 e, para o caso dos plasmas RIE com eletrodo oco, para condições onde as pressões do gás CF4 são menores que 30 mTorr.

Este trabalho explora a caracterização e aplicação de plasmas gerados em reatores do tipo Reactive Ion Etching (RIE) e Hollow Cathode Reactive Ion Etching (HCRIE), no processo de corrosão de silício. Para melhor controle do processo, o sistema de injeção de gases nos reator foi automatizado, gerando plasmas com fluxo de gases em modo continuo ou intermitente (método Bosh). Os experimentos realizados neste trabalho foram divididos em três partes: 1) caracterização de plasmas de SF6, Ar, O2 e CH4 e sua mistura no reator RIE em modo continuo de gás, 2) caracterização de plasmas (SF6 + CH4) e corrosão de silício no reator RIE em modo intermitente de gás e 3) caracterização de plasmas de SF6, O2 e CF4 no reator HCRIE em modo continuo de gás. Os experimentos foram realizados modificando a química dos gases, fluxo de gás, potência de Radio Frequência (RF), diferentes valores de comprimento de onda e duty cycle para o modo intermitente. As análises dos plasmas foram realizadas por espectrometria de massa e espectroscopia óptica de emissão. As amostras de silício foram analisadas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Através dos estudos em modo continuo no reator RIE foi observada alta produção de flúor atômico, chegando à densidade de 4,8x1020 cm-3 para plasmas de SF6 + CH4. No caso do reator HCRIE a densidade de F chegou a 4,8x1020 cm-3 para plasmas de SF6 + O2. No modo intermitente de gases, foi observada uma mudança significativa no comportamento das pressões parciais de SF5+ e CH4+ com o regime de plasma estabelecido. O comportamento da pressão parcial de SiF3+ mostra que ambos os processos (corrosão e deposição) estão ocorrendo em alternância, nesta etapa foram obtidos processos de corrosão anisotrópicos, nas seguintes condições de duty cycle: 60%, 40% e 20% para SF6, sendo a condição de 60% de SF6 e 40 % de CH4 que possibilitou a maior taxa de corrosão, com valor de 0,6 m/min.