Neste trabalho são apresentados os resultados de investigações realizadas na coluna positiva de uma descarga de alta densidade de corrente (3,0 . 103 - 8,0 . 103 A/m2), operando em baixa pressão de vapor de mercúrio (2,0 . 10-2 - 1,4 . 10-1 Pa) e livre de campo magnético. Nestas condições a velocidade de deriva dos elétrons na direção axial, é o principal parâmetro responsável pelo transporte de corrente da descarga e pode alcançar uma apreciável fração da velocidade térmica dos elétrons. Esta velocidade de deriva influenciará na distribuição de velocidades dos elétrons, modificando-a para uma chamada maxwelliana com deriva. Os efeitos desta modificação são introduzidos na teoria radial da coluna positiva de Tonks e Langmuir para avaliar o comportamento do potencial de plasma e da densidade de elétrons com a distância radial e da temperatura de elétrons com a pressão. Estes parâmetros foram inferidos de características de sondas eletrostáticas (Sondas de Langmuir) cujas posições radiais e longitudinais podem ser alteradas, o que permitiu, também, verificar a uniformidade axial do plasma quando a velocidade de deriva dos elétrons é conduzida a valores críticos de auto-excitação de instabilidades eletrostáticas e formação de camada dupla. Teoricamente este efeito é estudado analisando-se as características de instabilidade de uma perturbação eletrostática axial do regime permanente. Assim, procedeu-se uma análise da estabilidade do plasma constituído de três fluidos: elétrons, íons e partículas neutras, considerando-se efeitos de colisões elásticas e inelásticas. Como resultado, algumas instabilidades eletrostáticas são previstas, identificadas pela relação entre a velocidade de deriva e a velocidade térmica dos elétrons. Na prática, ocorre uma faixa de valores desta relação que distingue os regimes de operação da descarga, desde o regime permanente (estável) para o qual esta faixa de valores é constante (0,4) até o regime de fortes oscilações de corrente da descarga quando assume valores em torno da unidade. Neste regime é conduzido um estudo sobre formação e manutenção de camadas eletrostáticas que se formam na coluna positiva do arco. A camada dupla (CD) é induzida a se formar num local desejado, pela constrição da seção de área transversal da descarga (constrição magnética da coluna de plasma) por um campo magnético axial produzido por uma bobina simples ou por uma bobina de Helmholtz. Este campo atua apenas localmente sobre os elétrons tal que seus efeitos nas regiões adjacentes das camadas eletrostáticas não são significativos. O deslocamento da camada dupla ao longo do eixo da coluna de plasma é controlado pelo movimento da bobina nesta direção o que permitiu não somente a caracterização do plasma nas regiões adjacentes à camada dupla como também obter vários perfis de potenciais das camadas eletrostáticas utilizando-se uma sonda auto-emissiva fixa no eixo da coluna. Neste aspecto, foi dado ênfase ao estudo experimental sobre a variação do perfil de potencial de camadas eletrostáticas da forma de perfeitos buracos de elétrons com relação aos parâmetros operacionais: a corrente da descarga, a pressão de vapor de mercúrio e a indução magnética local. Finalmente, foram efetuadas medidas em ambos os lados da CD das energias dos íons dirigidas radialmente, do potencial flutuante da parede e da dispersão de energia dos íons usando-se um analisador eletrostático de energia posicionado rente a parede do tubo de descarga. Os resultados mostram que os íons são fortemente aquecidos, especialmente no lado anódico da camada dupla.

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.

Orientador: Rogério Pinto Mota / Resumo: Neste trabalho foram produzidos filmes finos de polímeros a partir da técnica de polimerização a plasma dos monômeros dietilenoglicol dimetil-eter (diglime), 2-metil-2-oxazolina (oxazolina) e da mistura de etilenodiamina (EDA) e o gás acetileno (C2H2), obtidos em baixa pressão. Esses materiais podem possuir um conjunto de características que são necessárias para aplicações na área da biomedicina. Os plasmas foram analisados por meio das técnicas de sonda de Langmuir (LP) e de espectroscopia ótica de emissão (OES). A caracterização dos polímeros foi realizada por meio das técnicas de medidas de ângulo de contato e energia de superfície (AC e ES), microscopia de força atômica (AFM), microscopia confocal (MC) e espectroscopia infravermelha por transformada de Fourier (FTIR). As características dos plasmas foram correlacionadas às propriedades dos polímeros a fim de se obter informações sobre os processos de polimerização, objetivando que o processo de produção de materiais com características desejáveis seja feito de forma controlada. Foram observadas temperaturas eletrônicas de elétrons frios entre 0,2 e 1,6 eV, e as densidades de plasmas foram da ordem de 10^15 m^-3. O comportamento da temperatura eletrônica em função da pressão de operação e da potência aplicada aos plasmas foi relacionado à produção de espécies CH, CO e Hα em plasmas de diglime, CH, CN, CO e NH em plasmas de 2-metil-2-oxazolina e CH, CN e NH em plasmas da mistura de EDA e C2H2. A participação dessas espécies... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Plasma polymers obtained by plasma polymerization of diethyleneglycol dimethyl-ether (diglyme), 2-methyl-2-oxazoline (oxazoline) and the mixture of ethylenediamine (EDA) with acetylene (C2H2) were produced in low pressure conditions. These materials might have a set of essential properties to biomedical applications. The plasmas were analyzed by Langmuir probe technique (LP) and optical emission spectroscopy (OES) techniques. Polymer characterization was performed by contact angle and surface energy analysis (AC and ES), atomic force microscopy (AFM), confocal microscopy (MC) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). In order to obtain details of polymerization process, plasma characteristics were correlated to polymers properties in order to control the production of materials with desired characteristics. The cold electron temperatures were observed between 0.2 and 1.6 eV and the plasmas densities about 10-15 m -3 . The electronic temperature behavior was analyzed as a function of operating pressure and applied power. This behavior was linked to production of CH, CO and Hα species in diglyme plasmas, CH, CN, CO and NH in 2- methyl-2-oxazoline plasmas and CN, CH and NH species in plasmas of EDA and C2H2 mixture. The mean roughness investigation, the bonds observed by FTIR technique and the deposition rates revealed the role of these species on polymerization processes. The CO species in diglyme plasmas and CN species in plasmas of EDA and C2H2 mixture were responsi... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor