Fonte de potência para síntese de filmes finos por pulverização catódica na faixa de khz
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Data
2018-05-28
Autores
Rabelo, Wagner Henrique
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
O avanço das técnicas de deposição de filmes finos sobre as superfícies dos materiais tem permitido agregar valor e dar novas funcionalidades aos produtos. Atualmente, os filmes finos de óxido de estanho dopado com índio (ITO) têm encontrado grande aplicação no mercado. Entretanto, devido à pouca disponibilidade do índio na natureza e aos altos custos envolvidos na sua aquisição, elementos alternativos estão sendo estudados para sua substituição. Nesse contexto, destaca-se o óxido de zinco dopado com alumínio (AZO) como um promissor substituto, devido às características de elevada transmissividade, baixa resistividade e band gap da ordem de 3,37 eV, que permitem sua aplicação na síntese de filmes finos semicondutores. Com base no exposto, neste trabalho, foi projetado e desenvolvido o protótipo de uma fonte amplificadora de potência (FAP) de corrente alternada (AC) em baixa frequência, operando entre 15 a 40 kHz, responsável por iniciar e sustentar o campo elétrico utilizado para a geração do plasma. Esta FAP foi utilizada para a deposição de filmes finos de (AZO) por meio da técnica de magnetron sputtering. A análise das características morfológicas, ópticas e elétricas dos filmes de AZO produzidos neste estudo resultaram em uma transmitância superior a 80%, energia de band gap de 3,82 eV, e resistividade de 1,46.10-3 .cm, permitindo concluir que o filme produzido se comporta como um TCO (óxido transparente condutivo). A comparação desses resultados com trabalhos disponíveis na literatura, permite concluir que a fonte amplificadora de potência desenvolvida nesta dissertação possibilita a obtenção de filmes finos de AZO com condutividade e transparência superiores àqueles produzidos com fontes operando em radiofrequência, técnica atualmente disponível e amplamente utilizada no mercado.
The development of thin films deposition techniques allows to increase value and give new features to the materials. Currently, indium doped zinc oxide (ITO) is widely used in the market. However, due to the low availability of the indium in the nature and the high costs involved on its acquisition, alternative elements are being studied for its replacement. Aluminum doped zinc oxide (AZO) stands out as a promising substitute, mainly because of its characteristics, such as high transmissivity, low resistivity and band gap value of 3.37 eV. That allow the application of AZO in the synthesis of thin films semiconductors. In this work, it was developed a prototype of a plasma power source amplifier (FAP) to operate in alternating current (AC) and low frequency (15 - 40 kHz), responsible for initiating and sustaining the electric field used for plasma generation. This FAP was used to deposit AZO thin films by the technique of magnetron sputtering. The analysis of the morphological, optical and electrical characteristics of the AZO films produced in this study resulted in more than 80% transmittance, band gap energy value of 3,82eV, and resistivity of 1,46.10-3 .cm. The thin films synthetized was classified as transparent conductive oxide (TCO). The comparison of these results with the characteristics of similar films avaiable in the bibliography, allows to conclude that the power amplifier source developed in this dissertation makes it possible to obtain thin films of AZO with conductivity and transparency superior to those produced with RF magnetron sputtering, technique currently available and widely used in the market.
The development of thin films deposition techniques allows to increase value and give new features to the materials. Currently, indium doped zinc oxide (ITO) is widely used in the market. However, due to the low availability of the indium in the nature and the high costs involved on its acquisition, alternative elements are being studied for its replacement. Aluminum doped zinc oxide (AZO) stands out as a promising substitute, mainly because of its characteristics, such as high transmissivity, low resistivity and band gap value of 3.37 eV. That allow the application of AZO in the synthesis of thin films semiconductors. In this work, it was developed a prototype of a plasma power source amplifier (FAP) to operate in alternating current (AC) and low frequency (15 - 40 kHz), responsible for initiating and sustaining the electric field used for plasma generation. This FAP was used to deposit AZO thin films by the technique of magnetron sputtering. The analysis of the morphological, optical and electrical characteristics of the AZO films produced in this study resulted in more than 80% transmittance, band gap energy value of 3,82eV, and resistivity of 1,46.10-3 .cm. The thin films synthetized was classified as transparent conductive oxide (TCO). The comparison of these results with the characteristics of similar films avaiable in the bibliography, allows to conclude that the power amplifier source developed in this dissertation makes it possible to obtain thin films of AZO with conductivity and transparency superior to those produced with RF magnetron sputtering, technique currently available and widely used in the market.
Descrição
Palavras-chave
Óxidos, Compostos de zinco, Pulverizador de plasma, Fonte de potência em KHz de plasma, Magnetron sputtering, drive plasma power amplifier, Thin film of AZO, Aluminum-doped zinc oxide films