PRODUÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS DE CARBONO AMORFO HIDROGENADO DEPOSITADOS EM PLASMAS DE METANO DILUÍDOS POR GASES NOBRES

Neste trabalho são apresentados os efeitos da diluição da atmosfera precursora de metano por três gases nobres (Ar, Ne e He) nas propriedades mecânicas e na microestrutura de filmes de carbono amorfo hidrogenado (a-C:H). Tanto a influência da diluição da atmosfera precursora de metano (para Vb=-350 V), como da variação da tensão de autopolarização (Vb) são estudadas. A influência da temperatura do substrato também é estudada para três temperaturas do substrato (250 K, 300 K e 420 K) em filmes depositados em atmosferas de 100% CH4 e 2% CH4+98% Ar. Os filmes foram depositados utilizando a técnica de Deposição Química na Fase Vapor Assistida por Plasma (PECVD). As propriedades mecânicas e estruturais foram investigadas com o uso das técnicas nucleares (retroespalhamento Rutherford e detecção de íons de recuo elástico), espectroscopia de absorção no infravermelho, espectroscopia Raman, microscopia de força atômica, medidas de ângulo de contacto, medidas de tensão interna (por perfilometria) e medidas da dureza (por nanoindentação). Os resultados obtidos mostraram que a diluição da atmosfera precursora de metano por gases nobres não induz modificações substanciais à microestrutura do filme ou às propriedades mecânicas. Pelo contrário, os resultados mostraram que tanto a composição, como a microestrutura e as propriedades mecânicas dos filmes são fortemente dependentes da energia de bombardeamento dos íons. Também foi observada uma dependência das propriedades mecânicas e estruturais dos filmes em função da temperatura do substrato. Resultados experimentais importantes e originais foram obtidos a partir da medida da rugosidade dos filmes usando microscopia de força atômica que sugerem uma transição nos mecanismos de formação dos filmes de a-C:H de predominantemente por adsorção/difusão para a predominância dos processos balísticos.In this work, the effects of the dilution of the precursor methane atmosphere by three noble gases (Ar, Ne and He) on the mechanical properties and the microstructure of hydrogenated amorphous carbon films (a-C:H) are presented. The influence of the precursor atmosphere (for Vb=-350 V) and the variation of the self-bias voltage (Vb) are studied. The influence of the substrate temperature also is studied for three temperatures 250 K, 300 K and 420 K for films deposited in atmospheres of 100% CH4 and 2% CH4 + 98% Ar. The films were deposited by Plasma Enhance Chemical Vapor Deposition (PECVD). The mechanical and structural properties were investigated with the use of the nuclear techniques (Rutherford backscattering and elastic recoil detection analysis), infrared and Raman spectroscopies, atomic force microscopy, contact angle measurements, internal stress and hardness measurements. The results shown that the precursor atmosphere dilution by noble gases did not induce substantial modifications in the microstructure or in the mechanical properties of the films. On the other side, the results shown that the composition, the microstructure and the mechanical properties of the films are strongly dependent on the ion bombardment regime. The dependence of the mechanical and structural properties of the films as a function of the substrate temperature was also investigated. Experimental results had been obtained from the film roughness measurements using atomic force microscopy. These results suggest the transition from predominantly adsorption/diffusion mechanisms to the predominance of the ballistic processes in the formation mechanisms of the a- C:H films