Estudo do processo de deposição e das propriedades estruturais e ópticas de filmes poliméricos preparados em plasmas de C2H2, C2H2-SF6 e hexametildisiloxano

Filmes finos orgânicos foram depositados por polimerização a plasma a partir de descargas C2H2, C2H2 -SF6, C2H2 - Ar, e hexametildisiloxano ( HMDS ). Ambas, descarga e filmes foram estudados. Dois sistemas de vácuo foram usados para as deposições. Num dos sistemas, uma descarga de corrente contínua d.c. foi sustentada entre dois eletrodos circulares e paralelos montados dentro de uma câmara de vácuo de inox. No outro, a descarga foi excitada por campos de rádio - freqiiência r.f. ( 120 MHz ) na parte superior de um reator com formato de garrafa. Diagnósticos do plasma foram feitos no sistema r.f. por espectroscopia óptica de emissão - actinometria ( EOEA ), usando He, N2 e Ar como actinometros. Uma intensa fragmentação molecular foi detectada nos plasmas de r.f., e EOEA permitiu medidas relativas da densidade de várias espécies reativas em função dos parâmetros da descarga ( composição dos gases, pressão e potência aplicada de r.f. ). As espécies medidas foram: CH para C2H2; H, F, CH, CF e CF2 para C2H2 - SF6; e SiH, CO, H e CH para HMDS. A estrutura molecular dos filmes foi estudada por espectroscopia infravermelha de transmissão. Densidades relativas de ligações foram determinadas a partir do cálculo da absorção integrada sobre bandas de absorção no infravermelho. Para alguns dos filmes, as densidades relativas de ligações C - H e C - F indicaram as quantidades relativas de H e F, respectivamente. Várias correlações entre a composição e estrutura dos filmes e os parâmetros do plasma foram encontradas. Como exemplos: ( 1 ) a densidade de F nas amostras preparadas em descargas de C2H2 - SF6 aumenta ao se aumentar a concentração de espécies CF e CF2 na descarga; ( 2 ) na descarga d.c. em C2H2 - Ar, um filme polimérico com estrutura altamente hidrogenada muda gradativamente para uma estrutura grafítica quando a tensão entre os eletrodos é aumentada. Também os parâmetros do plasma correlacionam-se com a taxa de deposição dos filmes, e os dados indicam que as concentrações das espécies reativas e o bombardeamento da superfície do filme por partículas carregadas da descarga contribuem para o crescimento do filme. Através dos espectros de transmissão uv-visível, foram determinados o índice de refração, n, o coeficiente de absorção, a, e o gap óptico, E04, tanto para os filmes preparados por d.c. quando por r.f. Foi examinada a dependência entre n e a em função da energia do fóton e a composição das descargas, tensão de catodo e potência de r.f. Para os filmes preparados em plasmas de C2H2 e C2H2 - Ar, foi verificado que E04 aumentava fortemente com o acréscimo das densidades de ligações C - H, nH. A dependência de E04 com a densidade de ligações C - H é similar àquela observada em outros materiais amorfos como silício hidrogenado: E04 aumenta fortemente com o aumento de nHPlasma polimerization amorphous thin films were deposited in glow discharge plasmas of C2H2, C2H2 - SF6, C2H2 - Ar, and hexamethyldisiloxane ( HMDS ). Both the discharges and films were studied. Two vaccum systems have been used for the depositions. In one of the systems, d.c. discharge was sustained between two circular parallel plate electrodes, inside a stainless stell vaccum chamber. ln the other, the discharge was excited by r.f. fields ( 120 MHz ) in a Pyrex barrel reactor. Plasma diagnosis were performed in the r .f. system by actinometric optical emission spectroscopy ( AOES ) using He, N2 and Ar as actinometers. An intense molecular fragmentation was detected in the r.f. plasmas and AOES allowed relative measurements of the density of reactive species as a function of the discharge parameters ( gas composition and pressure and applied r.f. power ). The reactive species measured were: CH for C2H2; H,F, CH, CF and CF2 from C2H2 - SF6; and SiH, CO, H and C H from HMDS. The molecular structure of the films wa.s studied by infrared transmission spectroscopy. Upon integration of the infrared bands, relative bond densities could be determined. For some of the films, the relative densities of the C - H and C - F bonds were taken as the relative densities of H and F, respectively. Several interesting correlations were found to exist between the composition and structure of the films and the plasma parameters. As examples: ( 1 ) the F density of samples prepared in C2H2 - SF6 discharges increases with increasing plasma concentration of CF and CF2 species; ( 2 ) in the C2H2 - Ar d.c. discharges, a polymeric highly hydrogenated film structure gradually turns to a graphytic structure as the voltage between the electrodes in the chamber is raised. Also, the plasma parameters correlate well with the rate of film deposition and the data indicate that. both the concentratin or reactive species in the plasma and the bombardment of the film surface by charged particles from the discharge contribute to film growth. From uv-visible transmission spectra of both d.c. and r.f. films, the indcx or refraction, n, the absorption coefficient, a, and the optical gap E04, could be determined. The dependence of n and a on the photon energy, discharge composition, applied voltage of r.f. power, was examined. For the films prepared in C2H2 and C2H2 - Ar plasmas, E04 is found to incrcase strongly with increasing C - H bond density, nH. The dependence of E04 on the C - H bond density is similar to the observed in the other amorphous materials like hydrogenated amorphous silicon: E04 increases strongly with increasing n