O óxido de índio dopado com estanho é um semicondutor degenerado de alta transparência no espectro visível e alta condutância elétrica. Por suas propriedades, ele é utilizado como eletrodo transparente em diversas aplicações. Algumas destas aplicações exigem que os filmes sejam depositados sobre substratos poliméricos, que degradam em temperaturas acima de 100 °C. Por este motivo, métodos de deposição que utilizam baixas temperaturas são necessários. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de técnicas de deposição de filmes de óxido de índio dopado com estanho, em baixas temperaturas (< 100 °C), pelo método de magnetron sputtering de rádio fequência. Filmes foram obtidos sobre substratos de silício, vidro e policarbonato, e suas propriedades físicas, elétricas, ópticas, químicas e estruturais foram analisadas por perfilometria, elipsometria, curvas corrente-tensão, prova de quatro pontas, medidas de efeito Hall, difratometria de raios-X e espectrofotometria. Filmes depositados sobre silício e vidro tiveram resistividade elétrica mínima da ordem de 10^-4 Ohm.cm, enquanto a resistividade do filme obtido sobre policarbonato foi da ordem de 10^-3 Ohm.cm. A transmitância óptica média no espectro visível das amostras variou de 66 a 87 %. Do ponto de vista estrutural, as amostras tenderam a apresentar fase amorfa e cristalina, com orientação preferencial ao longo da direção [100]. De modo geral, as amostras obtidas de 75 a 125 W tiveram as melhores propriedades para serem utilizadas em aplicações que exijam eletrodos transparentes, considerando aspectos elétricos e ópticos. / Indium-tin oxide is a degenerate semiconductor that shows high transmittance in the visible region of the spectrum and high electrical conductance. Because of its properties, this material is used as transparent electrode in a wide variety of applications. Some of these applications demand the indium-tin oxide layer to be deposited over polymer substrates, which degrade at temperatures above 100 °C. Because of this degradation problem, deposition methods at low temperatures are needed. The purpose of this work is the development of low temperature (< 100 °C) indium-tin oxide deposition processes by radio frequency magnetron sputtering method. Thin films were deposited over silicon, glass and polycarbonate substrates, and their physical, electrical, optical, chemical and structural properties were analyzed by surface high step meter, ellipsometry, current-voltage curves, four-point probe analysis, Hall effect measurements, X-ray diffractometry and spectrophotometry. Films deposited over silicon and glass substrates showed minimal electrical resistivity in the order of 10^-4 Ohm.cm, while the resistivity of the film obtained over polycarbonate was in the order of 10^-3 Ohm.cm. The average transmittance in the visible spectrum varied over the range 66 to 87 %. According to the structural study, the films present both amorphous and crystalline phases, with crystallites showing preferential orientation along the [100] direction. In general, films deposited with power varying over the range 75 to 125 W showed the best results to be applied as transparent electrodes, considering electrical and optical aspects.

Este trabalho tem como objetivo o estudo das propriedades de filmes finos de nitreto de alumínio produzidos por processo de "magnetron sputtering" usando-se alvo de alumínio de alto grau de pureza (99,999%). Os filmes foram produzidos em descargas a plasma sob regimes contínuo (DC) e alternado (RF). No curso deste estudo foi investigada a influência da temperatura do substrato (80 a 500 C), da concentração relativa do gás reativo (N2) e do papel exercido pelo gás de "sputtering" (argônio) sobre as propriedades físico-químicas dos filmes. Também foram investigadas as características elétricas de capacitores do tipo MIS (metal-isolante-semicondutor) em que o nitreto de alumínio era o isolante. Diferentes técnicas de caracterização foram empregadas na análise dos filmes, tais como: espectroscopia Raman, reto espalhamento de Rutherford (RBS), perfilometria, microscopia de força atômica, nanoindentação, espectroscopis de foto-elétrons (XPS). A qualidade dos filmes obtidos mostrou forte dependência das condições de deposição. Os filmes que apresentaram qualidades superiores, seja sob regime contínuo, seja sob regime alternado, foram aqueles crescidos em substratos aquecidos (< 200 C) e com argônio presente na composição da mistura gasosa da câmara de processos.

Este trabalho teve como finalidade a realização de estudos das características tribológicas de filmes de carbono do tipo diamante (DLC - do Inglês Diamond-Like Carbon) para aplicações em sistema de lubrificação seca. Os filmes foram obtidos via pulverização catódica por impacto de íons de argônio sobre um alvo de grafita. A descarga para produção de plasma foi gerada via corrente contínua e via radio freqüência. Estudou-se o comportamento e a dureza dos filmes em função da incorporação de hidrogênio na mistura gasosa, da variação da potência utilizada no processo de pulverização catódica e também, em função da polarização do substrato, no início do processo de deposição. A aderência do filme em substratos metálicos foi estudada com a deposição de uma interface de silício. As condições mais propícias de polimento e limpeza do substrato a fim de obter a mais adequada espessura do filme e da interface foram estudadas para se obter a melhor aderência do filme de DLC ao substrato. Com a correlação entre as técnicas de caracterização utilizadas, foi possível estudar a dureza dos filmes de DLC em função da razão das amplitudes das bandas "D" e "G" obtidas a partir do espectro de espalhamento Raman e ainda, identificando que o atrito ficou sempre em cerca de 0,12, quando medido em atmosfera ambiente entre a ponta silício contendo recobrimento de nitreto de silício e o filme de DLC. Os estudos das propriedades tribológicas relativos à rugosidade e atrito dos filmes de DLC, depositados em superfícies lisas, foi feito por meio de microscopia de força atômica (AFM - do Inglês Atomic Force Microscopy) nos modos de força normal e lateral, respectivamente. Diferentes tipos de filmes de DLC em substratos metálicos de aços e da liga de Ti6Al4V foram estudados. Um novo tipo de preparação de superfície de substratos empregados em sistema de alto atrito e que previne solda a frio, com esforço mecânico elevado foi estudado. A superfície de Ti6Al4V foi texturizada a laser criando um perfil ordenado na forma piramidal, caracterizado por valores altos de rugosidade. Esta superfície, desta forma preparada, foi recoberta com filme de DLC e analisada por meio de um perfilômetro a laser. Foi possível observar uma ondulação absolutamente seqüencial com uma rugosidade adicional modulada. Esta análise foi feita com e sem o filme de DLC. Esta superfície com valores altos de rugosidade foi utilizada para aplicações múltiplas visualizadas na área espacial, como lubrificante sólido e como recobrimento protetor anti-solda a frio. Este estudo concentrou-se em peças constituintes de partes de satélite em desenvolvimento no INPE. A qualificação para uso deste lubrificante para a área espacial no INPE é um processo em desenvolvimento, mas como mostrado neste trabalho, é também, um passo importante para a incorporação, em definitivo, desta área nas aplicações espaciais.

Superfícies da liga AA2024-T3 foram tratadas por quatro pré-tratamentos utilizando diferentes soluções aquosas contendo agentes oxidantes (ácido nítrico e ácido nítrico mais bromato) e/ou complexantes (bromato mais amônia e ácido nítrico mais nitrato de amônio). Posteriormente, essas superfícies foram submetidas a um tratamento com solução aquosa contendo Cr(VI) (ALODINE 1200S) para modificação e conseqüente formação de um filme contendo cromo. Após modificação com solução aquosa contendo Cr(VI), as superfícies pré-tratadas com soluções aquosas contendo oxidantes foram denominadas de ALOD e ALODsa, enquanto que aquelas pré-tratadas com as soluções aquosas contendo complexantes foram chamadas de ALODsb e ALODsaNH4NO3. Ensaios eletroquímicos, de névoa salina, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS) foram utilizados para verificar a eficácia de proteção contra corrosão dos tratamentos realizados nas superfícies da liga. Os resultados de EDS mostram uma maior incorporação de cromo nas superfícies cujo poder oxidante da solução utilizada no pré-tratamento da liga de alumínio, antes da modificação com a solução contendo Cr (VI), foi aumentado pela adição de bromato (ALODsa). Os ensaios eletroquímicos mostram que os filmes formados sobre as superfícies ALODsa são os que oferecem melhor proteção da liga quanto à corrosão. Essas superfícies apresentam potencial de corrosão (Ecorr) mais nobres, valores de densidade de corrente de corrosão (jcorr) menores e valores de resistência à polarização (Rp) mais elevados. Os resultados de EIS de superfícies da liga de alumínio AA2024-T3 que sofreram modificação CCC concordam com a tendência observada utilizando ensaios potenciodinâmicos, ou seja, a resistência da reação de transferência, inversamente proporcional ao jcorr, assim como a resistência do filme é maior para as superfícies ALODAsa do que para as demais superfícies. Independente do tipo de pré-tratamento inicial, todas as superfícies modificadas posteriormente com ALODINE 1200S passaram no teste de névoa salina.

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de ferramentas cerâmicas de SiA1ON aditivado com AlN, Al2O3, Ce2O3 e Y2O3 e revestidas com filme de diamante por CVD para a usinagem de compósito carbono-carbono 2D. Numa primeira etapa, foram confeccionados corpos de prova através de sinterização à pressão atmosférica, caracterizados em seguida quanto às suas propriedades físicas (fases presentes, microestrutura e massa específica) e mecânicas (microdureza e tenacidade à fratura). Posteriormente à etapa de caracterização, foram produzidas ferramentas de corte a partir desses materiais em dimensões padronizadas e revestidas com diamante. Finalmente as ferramentas foram testadas na usinagem do compósito carbono-carbono 2D. A relevância dos compósitos de carbono-carbono (C/C) deve-se a algumas de suas propriedades como: elevadas resistências à ablação e ao choque térmico, boa resistência mecânica, alta rigidez, inércia química e baixa massa específica. Entretanto, os custos associados às etapas de fabricação deste material são muito elevados. Em face de suas propriedades interessantes em altas temperaturas, crescem as aplicações dos compósitos C/C nas indústrias aeronáuticas, aeroespaciais, nuclear, biomédicas e automotivas, e também a necessidade do aprimoramento do seu processo de usinagem. Porém, devido ao seu caráter estratégico, escassa literatura sobre sua usinabilidade, e por ser este material de difícil usinabilidade (devido à grande abrasão das fibras de carbono), torna-se muito importante um estudo da sua usinabilidade desse material. Nos ensaios de usinagem, foram utilizados parâmetros de corte variados para avaliar sua influência no comportamento das ferramentas. Foi utilizada também uma ferramenta comercial sem revestimento para efeito de comparação com uma das ferramentas produzidas, também sem o revestimento. Após os ensaios ficou evidente que as ferramentas cerâmicas sem revestimento, tanto a comercial como a desenvolvida, não suportaram a ação abrasiva do compósito, apresentando altos valores de desgaste para reduzidos tempos de usinagem. Em contrapartida, as ferramentas revestidas apresentaram bom desempenho, com baixos níveis de desgaste para longos períodos de usinagem. As novas ferramentas de SiA1ON revestidas com diamantes desenvolvidas neste trabalho apresentaram um bom desempenho na usinagem do compósito carbono-carbono 2D, com baixos níveis de desgastes permitindo uma vida maior de que as ferramentas se revestimento ( cerca de 41 vezes) alcançando longos comprimentos usinados (7000 m) em altas velocidades de corte.

Neste trabalho, os primeiros filmes de diamante não dopados e dopados com boro foram crescidos sobre substratos de CVR, pela técnica HFCVD, apresentando suficiente adesão para manipulação e ensaios eletroquímicos. Os filmes de diamante foram caracterizados quanto à morfologia e à qualidade cristalina utilizando-se as técnicas de MEV e espectroscopia de espalhamento Raman, respectivamente. A técnica de difração de raios X foi também utilizada para se caracterizar os substratos e os filmes obtidos. A deposição dos filmes em toda a extensão destes substratos tridimensionais, que apresentavam profundidades superiores a 4 mm, visou a obtenção de eletrodos de diamante com alta área superficial. Desta forma, ênfase foi dada aos estudos de variação de parâmetros de crescimento do diamante para maximizar a profundidade de obtenção desses filmes e conseqüentemente obter total cobertura do substrato poroso. A relação entre as propriedades dos substratos, produzidos a diferentes temperaturas de tratamento térmico, e as características morfológicas, qualitativas e eletroquímicas apresentadas pelos filmes, também foi explorada. Para a caracterização eletroquímica foi utilizada a técnica de voltametria cíclica. Estes dados foram importantes para se comparar os eletrodos, com concentração de boro em torno de 1019 átomos.cm-3, em relação aos eletrodos de diamante já amplamente estudados. A faixa de potencial de trabalho em meio aquoso (KCl e H2SO4), a área superficial eletroquímica específica e a reversibilidade do sistema em solução com par redox Fe(CN)63-/4- para os eletrodos de diamante/CVR e de CVR também foram investigadas.

O objetivo deste trabalho é estudar a emissão eletrônica induzida por efeito de campo elétrico em filmes de carbono tipo diamante nitrogenados. Os filmes de carbono tipo diamante nitrogenados (NDLC) utilizados neste trabalho foram obtidos através da técnica de deposição por pulverização catódica com campo magnético (magnetron sputtering), utilizando como fonte de carbono um alvo de grafite com 99,999% de pureza. Utilizou-se na descarga elétrica luminosa os gases argônio, metano e nitrogênio, este último com o intuito de dopar o filme. A vazão do metano foi mantida constante em 0,5 sccm enquanto as vazões do argônio e nitrogênio foram variadas de forma que a porcentagem de nitrogênio na descarga elétrica variasse em 4, 10, 20 e 30%, sendo que, somadas as vazões dos dois gases, obteve-se um total de 4,5 sccm. A pressão de fundo obtida foi em torno de 2,7 x 10-3 Pa (2x10-5 Torr) e a pressão de trabalho foi de 1 Pa (7,5 mTorr). Utilizou-se uma descarga elétrica contínua (DC), sendo que a potência foi mantida constante em 150 W. O tempo de deposição dos filmes foi de 30 minutos. Com o objetivo de se alterar a superfície dos filmes e consequentemente suas emissividades eletrônicas, os mesmos foram submetidos a processos de corrosão por íon reativo (reactive ion etching). As misturas gasosas nesses processos foram: i) argônio e o oxigênio, e ii) argônio e hidrogênio. A potência de rádio-freqüência utilizada em todos os processos foi de 40 W e a pressão de trabalho foi de 6,7 Pa (50 mTorr). Os filmes foram caracterizados antes e depois dos processos de corrosão, através das seguintes técnicas: perfilometria, espectroscopia Raman, microscopia de força atômica (AFM) e medidas de emissão eletrônica para serem analisadas as seguintes características dos filmes: taxa de deposição, uniformidade, taxa de corrosão, características das ligações químicas, morfologia e emissividade de elétrons dos filmes, respectivamente.A medida de emissão eletrônica dos filmes foi uma das principais etapas do projeto, uma vez que se pretendia exatamente testar a influência da dopagem e da corrosão nas características elétricas dos filmes de NDLC. Curvas da densidade de corrente J em função do campo elétrico E (J x E) foram obtidas a fim de se obter o limiar de campo elétrico dos filmes, além da densidade de corrente referente a este valor. Para os filmes corroídos com oxigênio, maiores taxas de corrosão foram observadas para as amostras dopadas com 4% e 10% de nitrogênio no total da mistura de gases, pois, devido à maior eficiência de dopagem do DLC para menores concentrações de nitrogênio, as ligações entre nitrogênio e carbono são mais fortes, sendo estas preferencialmente corroídas pelo oxigênio. Também se observou uma redução gradativa da emissividade dos filmes corroídos na medida em que se aumentava a concentração do oxigênio na mistura oxigênio/argônio ou quando se aumentava o tempo de corrosão, fixando a concentração de oxigênio. Isso ocorreu porque houve incorporação de oxigênio na superfície dos filmes, promovendo formação de ligações com afinidade eletropositiva, como a cetona e o éter [

O nitreto de alumínio (AlN) tem atraído muito interesse pelas suas notáveis propriedades físicas: dureza, alta condutividade térmica, resistência para altas temperaturas. Uma fonte de catodo oco DC foi adicionada a um sistema de sputtering magnetron. Isto leva a uma ionização na região do catodo e habilita a descarga a operar a pressões significativamente mais baixas do que um catodo magnetron plano típico. Como uma conseqüência, átomos ejetados do catodo podem alcançar um substrato com uma perda de energia mínima devido às colisões com os átomos do gás. O catodo oco magnetron consiste em dois eletrodos planos e paralelos de alumínio como alvos e uma mistura de gases argônio e nitrogênio variando a pressão de (0,05 a 0,5) Pa para uma variação de fluxo de (1 a 12)sccm. A tensão de descarga variou de (250 a 400)V correspondendo a uma corrente de descarga de (10 a 500) mA. As propriedades de plasma foram obtidas através da espectroscopia de massa e da técnica das Sondas de Langmuir para diferentes distâncias inter-catódicas. A densidade de elétrons do plasma é da ordem de 1018 m-3 e a temperatura de elétrons varia de (3 a 6) eV, medidos ao longo de uma linha reta ao longo da região de evaporação. Devido ao bombardeamento de íons e uma temperatura realçada do catodo, átomos de alumínio são arrancados do catodo e reagem com o radical nitrogênio para formar AlN+ no plasma. Filmes finos de AlN crescem em substratos de silício a temperatura ambiente; foram caracterizados com respeito a estrutura e morfologia por análises de DRX e AFM, respectivamente.

A deposição de filmes finos de DLC com propriedades mecânicas e tribológicas avançadas tem sido um apelo muito forte devido as evidentes aplicações espaciais e industriais onde existem situações de extrema agressividade mecânica e química. Neste trabalho de Doutorado, além das soluções para a área espacial, encontraram-se também, soluções para os segmentos industriais. Em primeiro lugar, tratou-se de estudar as três técnicas de deposição de filmes de DLC que mais se destacaram na literatura e também a partir da experiência da equipe. Assim, as técnicas r.f. PECVD, IBAD e DC Pulsado PECVD foram exaustivamente estudadas e implantadas em nosso laboratório. Estudou-se o crescimento dos filmes de DLC a partir destas técnicas, assim como as propriedades destes filmes como função dos parâmetros de obtenção nas melhores condições de operação destas técnicas sobre substratos metálicos como a liga Ti6Al4V (área espacial) e alguns aços (áreas industriais). Propriedades mecânicas e tribológicas, como dureza, aderência, casamento de coeficiente de dilatação térmica entre o filme e o substrato, coeficiente de atrito, desgaste, carga crítica, etc. foram estudadas para cada uma das técnicas. A técnica de melhor desempenho foi escolhida para os estudos de escalonamento industrial, que culminou no desenvolvimento de um sistema, pela primeira vez, que permitiu crescer filmes de DLC em grandes áreas. Aproveitando, ainda, as propriedades dos filmes obtidos com a técnica DC Pulsado PECVD, fez-se um estudo em um dos maiores apelos tecnológicos que é o de obter filmes de DLC no interior de tubos longos e de forma uniforme em toda sua extensão. As caracterizações espectroscópicas, mecânicas e tribológicas mostraram o sucesso deste estudo.

Esta tese avalia o potencial de filmes de carbeto de silício (SiC) produzidos por duas técnicas assistidas por plasma, PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) e RF magnetron sputtering, para o desenvolvimento de sensores piezoresistivos. Os trabalhos desenvolvidos abrangeram todas as etapas de síntese e caracterização dos filmes, bem como o estudo das etapas de processamento para a confecção de resistores e de sensores de pressão. A técnica de PECVD foi utilizada para produzir um conjunto de cinco amostras de filmes de SiC a partir da mistura dos gases SiH4, CH4 e Ar sob diferentes fluxos de SiH4. A dopagem in situ do filme foi realizada pela introdução do gás nitrogênio durante o processo de deposição. Um conjunto de seis amostras foram produzidas por RF magnetron sputtering de um alvo estequiométrico de SiC (99.5% de pureza) em atmosfera de Ar e N2 sendo que durante as deposições apenas o fluxo de nitrogênio foi variado. Os filmes de SiC obtidos pelas duas técnicas foram submetidos a um processo de recozimento térmico em atmosfera de argônio a 1000C por 1h. As propriedades químicas, estruturais, morfológicas, elétricas, mecânicas e ópticas dos filmes de SiC, antes e após o recozimento, foram estudadas por espectroscopia de retroespalhamento de Rutherford (RBS), espectroscopia Raman, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), difração por raios-X (XRD), microscopia de força atômica (AFM), quatro pontas, nanoindentação e medidas de transmissão/ reflexão visando determinar os filmes com características adequadas para o desenvolvimento de sensores. Processos de corrosão por plasma RIE (reactive ion etching) dos filmes depositados utilizando uma mistura dos gases SF6 e O2 também foram estudados para se produzir às estruturas dos sensores. Com o objetivo de estudar as propriedades piezoresistivas dos filmes depositados, foram fabricados resistores de SiC com contatos elétricos de Ti/Au. Um arranjo experimental foi montado para determinar a variação da resistência elétrica do resistor em função da tensão mecânica aplicada. Um resistor de SiC foi colado próximo à extremidade engastada de uma viga de aço em balanço e sobre a extremidade livre foram aplicadas diferentes forças. A resistência elétrica do resistor foi medida para cada força aplicada sobre a viga. Esse experimento possibilitou determinar o coeficiente piezoresistivo e o gauge factor dos filmes depositados. A influência da temperatura sobre a resistência elétrica dos resistores foi avaliada da temperatura ambiente até 250C. Por fim, é apresentada uma metodologia para projeto, fabricação e encapsulamento de um protótipo de sensor de pressão piezoresistivo baseado em filme amorfo de SiC. O protótipo desenvolvido foi testado e apresentou uma sensibilidade média de 2,7 mV/psi.