Caracterização de filmes finos obtidos por PECVD em substratos de bronze poroso e alumínio

Abstract

Há uma vasta gama de pesquisas com foco no estudo de deposições de filmes finos em substratos planos e lisos. Existem alguns trabalhos tratando de filmes crescidos em substratos porosos não metálicos, principalmente na área de biomateriais. Há poucos estudos sobre filmes finos depositados a plasma em substratos metálicos porosos. A importância deste assunto origina-se de possíveis aplicações, como por exemplo em catálise, membranas seletivas, sensores, etc. Neste estudo, o PECVD foi empregado para obter filmes a-C:H:F em substratos de bronze poroso (sinterizado), usando os gases C2H2 e SF6, tendo como parâmetro principal o tempo de deposição. O estudo objetiva verificar o crescimento e a aderência de filmes finos em substrato poroso. Em uma outra abordagem, substratos de alumínio não poroso, com pequenos furos, foram usados para comparar os filmes crescidos na superfície externa e dentro dos furos. Estudos prelimirares revelaram que uma concentração de 50% de SF6 na descarga e 50 W de potência, com tempo de deposição variando de 5 a 25 min, geraram filmes passíveis de caracterização. Pelo MEV e Software ImageJ, caracterizamos quanto ao grau de porosidade, por meio de uma relação de áreas, e tamanho de partículas. Contudo, observou-se que todos os filmes apresentaram delaminação em um período de 60 dias. Portanto, outras deposições foram feitas usando novos parâmetros, sendo possível obter filmes com menores espessuras e que permaneceram estáveis ao longo do tempo. A taxa de deposição média foi ao redor de 50 nm/min e a rugosidade média foi de 60 nm. IRRAS mostrou que os filmes são a-C:H:F com grupos CHx (x = 1 a 3), CF, OH e CO. Os ângulos de contato variaram entre 35º a 100º e a energia superficial ficou entre 25 a 65 mNm-1. O índice de refração e o gap ótico variaram entre 1,6 a 2,3 e 1,6 a 2,2 eV, respectivamente.

There is a wide range of researches focused on the study of thin film depositions on flat and smooth substrates. There are some works dealing with films grown in non-metallic porous substrates, mainly in the area of biomaterials. There are few studies on plasma-deposited thin films on porous metallic substrates. The importance of this subject arises from possible applications, such as on catalysis, selective membranes, sensors, etc. In this study, PECVD was used to obtain a-C:H:F films on porous bronze (sintered) substrates, using the gases C2H2 and SF6, so that the main parameter was the deposition time. This study aims to verify the growth and adhesion of thin films in a porous substrate. In another approach, non-porous aluminum substrates, with small holes, were used to compare the films grown on the external surface and inside the holes. Preliminary studies revealed that a proportion of 50% SF6 in the discharge and 50 W of power, with deposition time varying from 5 to 25 min, generated films feasible for characterization. Using SEM and Software ImageJ, we characterized the degree of porosity, through an area ratio, and particle size. However, it was observed that all the films showed peeling in a 60 days long. Therefore, other depositions were made using new parameters, being possible to obtain films with smaller thicknesses which remained stable over time. The average deposition rate was around 50 nm/min and the average roughness was 60 nm. IRRAS showed that the films are a-C:H:F with CHx (x = 1 to 3), CF, OH and CO groups. The contact angles varied between 35º to 100º and the surface energy was in the range of 25 to 65 mNm-1. The refractive index and optical gap varied between 1.6 to 2.3 and 1.6 to 2.2 eV, respectively.