Nesta seção são vistos, de forma muito simplificada, alguns dos métodos freqüentemente empregados para a deposição de filmes semelhantes ao diamante – DLC.
Basicamente, os processos de deposição dos filmes podem ser divididos em duas categorias: (a) as que utilizam um gás precursor como fonte de íons e átomos (b) as que utilizam um alvo sólido. Entretanto, a combinação destas duas técnicas também é empregada para estes objetivos.
2.5.1 Processo de Deposição Usando Gás Precursor
Neste tipo de processo o princípio básico consiste em ionizar gases precursores que contém hidrocarbonetos tais como: metano, acetileno, butano, benzeno, hexeno entre outros gerando um plasma formado por íons positivamente carregados e elétrons. Este plasma pode ser gerado por uma fonte de excitação que pode ser de corrente contínua – DC ou de rádio freqüência – RF ou, ainda, de elétrons de ressonância ciclotrônica – ECR.
A diferença fundamental entre os plasmas produzidos por DC e por RF é que no primeiro é usada uma tensão polarizada constante visando produzir uma tensão de ruptura e no segundo usa-se uma fonte de tensão variada em freqüência – (13,56 MHz) para a produção do plasma. Em geral, os reatores a plasma podem usar dois tipos de fontes, o acoplamento elétrico capacitivo e o acoplamento elétrico indutivo. No primeiro caso, o substrato é posicionado no eletrodo com carga negativa e, no segundo caso, ocorre o acoplamento indutivo.
2.5.2 Processo de Deposição Usando Alvo Sólido
Neste tipo de processo o princípio básico consiste em bombardear o alvo sólido de carbono com íons extraídos do plasma concentrado próximo à superfície deste alvo. Este processo é conhecido como pulverização catódica ou “sputtering”.
Geralmente, utiliza-se o gás argônio devido a sua alta massa molecular e inércia química, na geração deste plasma. O gás é injetado no interior da câmara, sofre ionização através dos eletrodos de polarização e move-se em direção ao alvo sólido. Os átomos são ejetados da superfície do alvo, devido à colisão dos íons. Finalmente, os átomos arrancados são em parte direcionados para o substrato e se depositam para formar o filme, neste caso, de DLC.
O processo contínuo de deposição, acima descrito, pode ser em parte otimizado utilizando-se imãs posicionados atrás do alvo sólido concentrando o plasma próximo ao catodo e permitindo uma melhora significativa na taxa de deposição dos filmes71.
2.5.3 Processos Combinados de Deposição de Filmes de DLC
Filmes de carbono tipo diamante amorfo hidrogenado (a-C:H) são freqüentemente produzidos pela combinação das técnicas acima descritas, ou seja, combinando os processos que utilizam alvos sólidos com os processos que utilizam hidrocarbonetos como fonte de íons. Esta técnica é usualmente denominada de “RF magnetron sputtering” ou simplesmente “magnetron sputtering” e consiste em remover os átomos de carbono do alvo por meio do impacto dos íons de argônio presente na superfície do alvo. Os átomos ejetados movem-se em direção preferencial do posicionamento do substrato e, simultaneamente, uma tensão é aplicada para gerar o plasma que excita e ioniza as moléculas do gás presente no processo e que foram inseridas junto com o gás inerte. Desse modo, as espécies produzidas e que contém carbono se depositam no substrato juntamente com os carbonos arrancados do alvo sólido. A composição do plasma formado é fortemente influenciada pela composição dos gases e varia com as pressões parciais aplicadas neste processo.
Na descarga do “sputtering” o plasma é usado para gerar a energia de ativação química dos gases precursores que pode ser, por exemplo, (CH4/Ar).
Entretanto, a reação na câmara produz, também, radicais cujos íons desta decomposição química, são originados pelo impacto dos elétrons os quais são absorvidos pelo substrato completando o processo de deposição do filme. Neste processo o hidrogênio é incorporado ao filme mas é possível também incorporar o gás nitrogênio durante o crescimento destes filmes aumentando-se gradativamente a pressão de N2 dentro da câmara de deposição.
Um mecanismo preferencial da dissociação do CH4 (metano) é produzido de
acordo com o seguinte processo de excitação: CH +e→CH
(
A2∆)
+H2 +H+e4 ,
mostrando que os gases percurssores são absorvidos sobre a superfície do substrato e permitindo que o mesmo incorpore uma considerável quantidade de hidrogênio em sua estrutura. Assim, os radicais neutros de CHn (n=1-3) estão
associados a deposição dos filmes de DLC. De outro modo, as espécies de CH+ são responsáveis pela formação dos filmes de diamante36.
O processo de “magnetron sputtering” é uma das técnicas mais usadas para a deposição de filmes multicamadas. A deposição em multicamadas permite aumentar a adesão dos filmes e a resistência mecânica das camadas superiores, bem como, manter um coeficiente de fricção baixo. Neste processo é possível, ainda, controlar parâmetros de deposição como temperatura, espessura dos filmes e composição dos gases36.
Utilizando-se outras técnicas como, por exemplo, a APCVD – Deposição de Vapor Químico Assistido por Plasma em regime DC ou RF é possível obter filmes de DLC com as seguintes características: baixo coeficiente de fricção e boa estabilidade química. Estas características fazem com que os filmes amorfos e hidrogenados sejam aplicados em revestimentos ópticos, além de serem usados em sensores de temperatura e pressão37,45. Os filmes de SiC quando produzidos a baixa temperatura, θ < 500 ºC, são amorfos e a obtenção de um filme com características cristalinas exige processos de alta temperatura, limitando seu uso em algumas aplicações práticas. Um modo alternativo para obter estruturas com características policristalinas é fazer um recozimento térmico das camadas amorfas depositadas sobre substrato de silício.
Existem diferentes processos, métodos e tecnologias para obtenção de filmes de DLC que podem ser usados na fabricação de piezoresistores e que podem envolver baixa temperatura3,45. Estas diferentes tecnologias indicam que muitos dos sistemas possuem uma complexa natureza relacionadas a pureza do feixe e a natureza das espécies que bombardeiam o alvo, a energia e a distribuição da velocidade das espécies e a pressão durante o processo de deposição destes filmes. Lifshitz (1996)38 mostra que os filmes comumente chamados de DLC livres ou
não de hidrogênio são muito diferentes uns dos outros variando de acordo com a maneira como a energia é transferida e de como os parâmetros de processo são controlados.
Diante das considerações acima se observa que filmes de carbono amorfo hidrogenados são muito promissores para a área de sensores piezoresistivos e poderão substituir os materiais tradicionalmente usados para este fim. A técnica de “magnetron sputtering” é um método muito atrativo devido à alta taxa de deposição dos filmes, o baixo custo, a baixa temperatura de deposição (< 150 ºC) e a boa aderência dos filmes ao substrato41.
2.6 Descrição Geral das Técnicas de Processamento de Filmes de DLC para