Neste trabalho, filmes finos de carbono amorfo hidrogenado (a-C:H) foram
depositados usando uma técnica simples, de baixo custo e eficiente de deposição em fase
vapor assistida por plasma DC pulsado melhorada por confinamento eletrostático através de
uma geometria de cátodo oco segmentado. Foram utilizados metano e acetileno como
precursores gasosos. A microestrutura e a espessura dos filmes depositados foram estudados
por Microscopia Eletrônico de Varredura (MEV). A composição química foi caracterizada
por Espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDX, Energy Dispersive X-ray
spectroscopy) e ERDA. A estrutura dos filmes foi investigada por Espectroscopia Raman. As
propriedades mecânicas foram estudas por nanoindentação. Os filmes finos de carbono
amorfo hidrogenado obtidos a 600V e 800V são homogêneos em termos de conteúdo de
carbono e hidrogênio. Segundo a Espectroscopia Raman, a dureza do filme fino evolui de
maneira linear com ambos a posição do pico G e a razão ID/IG e pode vir a estar associado à
diminuição do tamanho de agregados grafíticos na matriz de a-C:H. Além disso, a dureza
depende com as condições de trabalho como a tensão e a pressão total de trabalho. A amostra
com maior dureza (14,38 GPa ± 1,44GPa) foi obtida em uma tensão de 800V e uma pressão
de 15Pa. Não há mudança significativa da dureza quando a proporção de metano for variada.
O uso de acetileno rendeu filmes finos com durezas menores àquelas obtidas com metano. Por
fim, um modelo físico de espalhamento é proposto para avaliar a energia média de chegada
dos íons carbonetos no filme fino de a-C:H como uma função dos parâmetros de processo
como pressão e tensão. Esse modelo permite estabelecer uma relação entre a energia média
dos íons carbonetos e a dureza dos filmes finos, e fornece uma ferramenta simples e eficaz
para estimar a dureza final dos filmes finos de carbono amorfo hidrogenado, em particular os
com propriedades de DLC, como uma função dos parâmetros de processo. / In this work, amorphous hydrogenated carbon (a-C:H) thin films were deposited
using a simple, low cost and efficient pulsed DC - plasma-enhanced chemical vapor
deposition technique improved by electrostatic confinement provided by a segmented hollow
cathode arrangement. Methane and acetylene were used as gaseous precursors. The
microstructure and the thickness of the deposited films were studied by Scanning Electron
Microscopy. The chemical composition was characterized by Energy Dispersive X-Ray
Spectroscopy and Elastic Recoil Detection Analysis. The structure of the films was
investigated by Raman Spectroscopy. Mechanical properties were studied by
Nanoindentation. Hydrogenated amorphous carbon thin films obtained with 600V and 800V
are homogenous in terms of carbon and hydrogen contents along the film. According to
Raman spectra, the thin film hardness depends linearly on both G peak position and ID/IG ratio
and can be associated to a diminution of clusters size in the a-C:H matrix. Moreover, the
hardness linearly depends on the working conditions such as power supply voltage and total
working pressure. The sample with the highest hardness (14GPa ± 1,44GPa) was obtained by
a voltage of 800V and a pressure of 15Pa. There are no significant changes on hardness when
the proportion of methane is varied. The use of acetylene led to thin films with hardness lower
than those obtained with methane. Finally, a physical scattering model is proposed to estimate
the mean ion energy of carbonaceous species arriving on a-C:H thin films as a function of
processing parameters as pressure and voltage. This model allows to develop a relationship
between the mean ion energy of carbonaceous species and the hardness of thin films, and
provides a simple and powerful tool to estimate the final hardness of amorphous
hydrogenated carbon thin films, in particular those with properties of DLC, as a function of
processing parameters.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ucs.br:11338/725 |
| Date | 28 August 2013 |
| Creators | Dufrène, Solveig Maria Marleen |
| Contributors | Freira Júnior, Fernando Lázaro, Baumvol, Israel Jacob Rabin, Soares, Márcio Ronaldo Farias, Figueroa, Carlos Alejandro, Costa, Marcelo Eduardo Huguenin Maia da |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UCS, instname:Universidade de Caxias do Sul, instacron:UCS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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