Depósito y caracterización de películas de carbono amorfo con incorporación de silicio

• Autores: Reinoso, María Elba
• Año de publicación: 2004
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Huck, Hugo Alberto; Halac, Emilia B.
• Materia: CARBONO AMORFO; SILICIO; HAZ DE IONES DE ALTA ENERGIA; ESTRUCTURA; ESTABILIDAD TERMICA; AMORPHOUS CARBON; SILICON; HIGH-ENERGY IONS BEAM; STRUCTURE; THERMAL STABILITY
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Las múltiples aplicaciones tecnológicas de las películas de Carbonoamorfo (a-C) lo convirtieron , desde su descubrimiento, en un interesante tema deestudio. Se trata de un material de alta dureza, buen aislante eléctrico que presentauna excelente adherencia sobre una amplia variedad de materiales y es altamenteresistente al desgaste. Sin embargo, muchas de sus propiedades no son establestérmicamente: al ser sometido a temperaturas mayores que 450 °C el material seconvierte paulatinamente en grafito microcristalino y pierde gran parte de suspropiedades tecnológicamente interesantes. A causa de esto se ha intentadoencontrar otros materiales que superen estas dificultades. En este trabajo nosocuparemos de películas amorfas de Carbono-Silicio. Algunas investigaciones queinvolucraron el análisis de la región de la interfase C-Si en peliculas de a-Cdepositadas sobre Si cristalino, sugirieron que la incorporación de Silicio podríaaportar estabilidad térmica a las películas de a-C. En este trabajo se presentan los resultados del depósito de películasamorfas de C-Si (a-SixC1-x con 0 ≤ x ≤ 0,5) utilizando un método novedoso quepermite obtener un filme de espesor del orden del micrómetro, homogéneo, con lacomposición C-Si que se desee, sobre diferentes sustratos. Se ha utilizado un hazde iones de alta energía (30 keV) generado a partir de una mezcla de gases metanoy silano. Los materiales obtenidos han sido caracterizados en función de lacomposición del depósito mediante las técnicas de XPS, espectroscopia Raman,espectroscopia por aniquilación de positrones y EELS, a fin de caracterizar sumicroestructura. Se han realizado mediciones de dureza, adherencia y resistenciaal desgaste para conocer las propiedades mecánicas del material y se ha estudiadola evolución de la estructura y las propiedades al ser sometido a altas temperaturas (hasta 900 °C) en vacío. Se han realizado simulaciones numéricas por Dinámica Molecular deldepósito de átomos de C sobre Si y diamante a bajas energías (hasta 100 eV), para analizar la formación de la interfase C-Si y la evolución de la estructura con la temperatura. Se ha concluido que el material depositado presenta una mayor estabilidadtérmica conforme se incrementa la cantidad de Silicio incorporada. Sin embargo,esto resulta en desmedro de la dureza de las películas depositadas. De esto sedesprende que el compromiso estabilidad-térmica/dureza debe ser analizado entémiinos de la aplicación prevista para el material.
Amorphous carbon has attracted much attention since its discovery because ofits great number of useful properties which make it suitable for many technologicalapplications. This is a hard material, which shows excellent adherence on severalsubstrates. It is electrically insulating and it presents high wear resistance. However, itgraphitizes when it is thermally annealed at temperatures higher than 450 °C when someof the most interesting properties are lost. In order to solve this problem other materialshave been studied. Different analyses of the C-Si interface have pointed out that amaterial containing Silicon and Carbon could be more thermally stable. In this work we present our research on Carbon-Silicon amorphous films (a-SixC1-x con 0 ≤ x ≤ 0,5) introducing a new method to obtain amorphous Si-C films (thickness c.a. 1 μm) with different composition on several substrates, by using a high-energyion beam (30 keV) produced by Methane and Silane. The microstructure of theobtained materials has been characterized by XPS, Raman spectroscopy, positronannihilation spectroscopy and EELS. So as to characterize its mechanical properties,indentation hardness measurements and adherence and wear resistance tests have beenperformed. Microstructure and mechanical properties have been evaluated after thermalannealing (up to 900 °C), in order to test the thermal stability of the films. Molecular Dynamics simulations were used to investigate the low-energy (100 eV) deposition of C atoms on Silicon and diamond. The interface region andstructure behavior during therrnal annealing were analyzed. We concluded that the thermal stability increases with Silicon content ina-SixC1-x films while hardness and wear resistance decrease. However, it has beenproved that they are more thermally stable than a-C. As a result, the more convenientcomposition has to be chosen regarding the use of the coating.
Fil: Reinoso, María Elba. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.