Filmes finos de carbono tipo diamante (DLC) são materiais promissores para o uso em indústria de micro e nanoeletrônica, por suas singulares propriedades físicas e químicas. Para estas aplicações, os filmes de DLC são normalmente submetidos a processos de corrosão a plasma em baixa pressão, os quais necessitam de um sofisticado sistema de vácuo e injeção de gases. Neste trabalho foi desenvolvido e testado um sistema de configuração simples e barata para a corrosão de filmes de DLC. Este sistema é baseado em descarga de barreira dielétrica (DBD), operando com oxigênio em pressões próximas a atmosférica. O fluxo de partículas provenientes da descarga da barreira dielétrica foi injetado a uma câmara de trabalho, onde um porta-substrato foi colocado a uma certa distância suficiente para interceptar o fluxo de gás na saída da descarga. O reator desenvolvido passou por sucessivas modificações, dando origem a cinco configurações que se diferenciaram, basicamente, pela geometria do reator e do potencial elétrico aplicado ao porta-amostras. O desempenho do processo de corrosão nestes sistemas foi avaliado através da corrosão de filmes de DLC nas seguintes condições de operação: pressão de 55,0 a 75,0 kPa, tempo de processo variando entre 1 e 20 min e distância entre eletrodo-amostra de 5 e 10 mm. As principais técnicas de caracterização dos filmes corroídos foram microscopia de força atômica (AFM), espectroscopia Raman e perfilometria. Os resultados mostram taxas de corrosão de até 7nm/min sendo obtidos com potência menor que 3W. A DBD foi caracterizada através do método de Manley usando figuras de Lissajous, com base nas condições de pressão e distância de eletrodo, que representam a região "ótima" de trabalho do reator. Os resultado mostram descargas com energias entre 1,58 até 3,50W rms com uma fonte AC de 11 kV - 500 Hz.

Este trabalho tem por objetivo principal estudar as alterações que possam vir a ocorrer nas propriedades eletrônicas do filme de carbono amorfo hidrogenado (a-C:H), em virtude da incorporação dos aditivos nitrogênio e flúor. A deposição dos filmes a-C:H, a-C:H:N e a-C:H:F que foram estudados neste projeto de doutorado foi realizada através da técnica de pulverização catódica (sputtering), por meio de uma descarga elétrica de rádio-freqüência (RF) com cátodo do tipo magnetron. Os filmes depositados foram caracterizados por meio de: i) medidas de espessura, para a determinação da taxa de deposição, ii) medidas de RBS (Rutherford backscattering spectrometry), para o estudo da composição química, iii) medidas Raman e de infravermelho, para o estudo da estrutura das ligações químicas, iv) medidas de fotoluminescência, para o estudo da densidade e características dos defeitos existentes nos filmes, e v) medidas elétricas. Para a realização das medidas elétricas confeccionaram-se os seguintes dispositivos: i) capacitores do tipo MIS (metal-insulator-semiconductor), dos quais se obtiveram as curvas de capacitância-tensão (C-V) e corrente-tensão (I-V), e ii) transistores dos tipos: transistor de filme fino, dispositivo conhecido pela sigla, em inglês, TFT (thin film transistor) e MESFET (metal-semiconductor field effect) de porta tripla, dos quais se obtiveram as curvas de corrente de dreno versus tensão de porta (IDS-VGS) e curvas de corrente de dreno versus tensão de dreno (IDS-VDS). Alguns dos principais resultados das caracterizações feitas são: a ocorrência de um aumento de 21 at.% a 40 at.% do elemento nitrogênio na composição química do filme a-C:H com o conseqüente surgimento das ligações N-H, C=N e C N neste material e a ocorrência de um aumento de 0,5 at.% a 20 at.% do elemento flúor na composição química do filme a-C:H com o conseqüente surgimento das ligações C-F e C-F2. Com os resultados obtidos das caracterizações realizou-se uma análise correlacionando as condições de deposição dos filmes a-C:H, a-C:H:N e a-C:H:F com as características composicionais, vibracionais, fotoluminescentes e eletrônicas obtidas dos mesmos, de modo a encontrar uma janela de operação no reator de deposição que possibilite a produção destes filmes com características adequadas para serem utilizados como materiais alternativos na área de microeletrônica. Além disso, têm-se a fabricação de transistores com filmes de carbono como sendo a nossa principal vertente de aplicação, para a qual se busca desenvolver, por exemplo, transistores que possam vir a ser uma alternativa com relação ao TFT de silício amorfo hidrogenado (a-Si:H TFT), já largamente utilizado na indústria eletrônica.

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 [