Estudo do crescimento de filme de diamante através do ataque á grafite pelo hidrogênio em um reator de deposição química a vapor ativado por filamento quente / Study of diamond film growth through etching graphite by hydrogen in hot filament chemical vapor deposition reactor

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2007

RESUMO

Este trabalho apresenta um estudo a respeito do processo de ataque à grafite pelo hidrogênio com o intuito de elucidar o crescimento de filmes de diamante em um reator de deposição química a vapor ativado por filamento quente onde apenas a grafite é a única fonte de carbono. Aspectos morfológicos e estruturais são analisados sistematicamente através de imagens de microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de espalhamento Raman tanto na grafite (antes e após o ataque do hidrogênio) como nos filmes de diamantes obtidos. Nestas análises, à taxa de nucleação e crescimento do filme de diamante sobre o substrato apresentou forte dependência em relação à temperatura da grafite. Os resultados obtidos mostraram que a erosão química da grafite pelo hidrogênio provocou mudanças estruturais na sua superfície. Tais alterações da rede cristalina da grafite foram investigadas a partir da relação ID/IG que apresentou um valor máximo em 900°C quando comparada com a superfície da grafite a temperatura ambiente antes do ataque do hidrogênio. Nos filmes crescidos com um tempo de deposição de 15 minutos sob temperaturas na grafite de 600 e 700°C foram verificadas as maiores taxas de nucleação, enquanto que, para tempos de crescimentos de 30 minutos os filmes estão contínuos, apresentando superfícies totalmente cobertas e grãos entre 1 e 3 μm com uma boa qualidade de diamante, principalmente para temperaturas de 600 e 700°C. Os valores de carbono tipo diamante nos filmes foram calculados para os tempos de crescimentos de 15, 30 e 60 minutos e estão de acordo com o comportamento dos diamantes nanocristalinos, ou seja, aumentam a pureza do filme conforme o acréscimo da temperatura. Em geral, a morfologia dos filmes de diamantes crescidos a partir de uma fonte sólida de carbono é semelhante às encontradas em deposições de diamantes convencionais, onde os espectros Raman obtidos mostram um pico característico em 1332 cm-1 e uma banda de carbono em, aproximadamente, 1550 cm-1 de baixa intensidade. Resultados a respeito da dissolução do carbono, em estado sólido na grafite, pela ativação de espécies da fase gasosa e redeposição de átomos de carbono na forma de diamante no filme foram verificados pelo cálculo da eficiência do processo de ataque à grafite pelo hidrogênio que resultam indiretamente na formação do diamante (EP). Tal eficiência foi calculada através de uma relação entre as medidas de massa da grafite perdida e da massa de diamante ganha após a deposição no substrato. Contudo, os principais parâmetros para o crescimento de diamante, tais como: pressão, temperatura e fluxo foram variados e um máximo de eficiência EP foi alcançado para pressões de 30 Torr, temperatura de 700°C e fluxo de hidrogênio em 100 sccm.

ASSUNTO(S)

raman spectroscopy graphite etching vapor deposition diamond films engenharia e tecnologia espacial

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