Optical, mechanical and structural properties of amorphous carbon films / Propriedades opticas, mecanicas e estruturais de filmes de carbono amorfo

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

Neste trabalho desenvolvemos um sistema de deposição de filmes finos pela técnica de arco catódico filtrado (FCVA- Filtered Cathodic Vacuum Arc), que possibilita o desenvolvimento de ligas metálicas e, sobretudo, a deposição de filmes de carbono amorfo altamente tetraédrico. Utilizando este sistema desenvolvemos filmes de carbono amorfo (a-C) com elevada dureza (estimado em cerca de 50 a 60GPa) e alta concentração de ligações sp3 C-C em função da polarização do substrato. Estudamos as propriedades ópticas, mecânicas (stress e dureza), estruturais (Raman e RBS) e a estabilidade térmica (efusão de gases) destes filmes em função da energia de deposição. Também desenvolvemos e caracterizamos filmes de carbono crescidos por FCVA assistido por um feixe de íons secundário de Ar e Kr com diferentes energias, onde analisamos os efeitos da energia deste feixe sobre as propriedades físicas do material resultante. Além das estruturas de carbono intrínseco realizamos um estudo sobre filmes de carbono amorfo hidrogenado depositados por PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) com diferentes tensões de bias (de 60 à 550V) e atmosferas mistas de CH4/Kr, onde variamos a pressão parcial deste gás nobre entre 0 e 50%. Estudamos a influência deste gás nobre sobre as propriedades estruturais do material assim como a forma como os átomos deste elemento se distribuem dentro da rede amorfa. Esta última análise foi baseada em estudos conduzidos a partir da absorção de raios-x na borda K do átomo de criptônio, onde verificamos a aglomeração destes átomos na forma de estruturas solidas. Também investigamos os processos de transformações estruturais ocorridas em estruturas a-C:H e ta-C com a temperatura baseadas na efusão de gases. Para este estudo construímos um sistema que funciona em ultra-alto vácuo, com temperatura controlada variando de ambiente até cerca de 1000 graus. Os estudos sobre as propriedades estruturais foram baseados, sobretudo, em medidas de espectroscopia de espalhamento Raman com radiação de excitação na região do visível e do ultravioleta, o que possibilita a obtenção de informações mais detalhadas sobre a forma como os átomos sp2 e sp3 distribuem-se no material. Por fim, exploramos o potencial de aplicação de três tipos de carbono amorfo; tipo polimérico (PLC), tipo diamante (DLC) e tetraédrico (ta-C) como monocamadas antirefletoras para células solares de silício cristalino e comparamos com o desempenho obtido com camadas fabricadas com materiais usualmente empregados na indústria para tal aplicação. Os resultados mostraram que filmes de carbono amorfo podem ser utilizados como camada anti-refletora. Os filmes de carbono tipo polimérico apresentaram resultados muito semelhantes aos obtidos com camadas convencionais de dióxido de estanho

ASSUNTO(S)

carbono amorfo arco catodico tetraedric carbon carbono tetraedrico amorphous carbon cathodic arc

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