Propiedades estructurales, eléctricas y mecánicas de películas delgadas obtenidas por métodos de evaporación asistidos por plasma

• Autores: Broitman, Esteban Daniel
• Año de publicación: 1997
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Schapsis de Zimmerman, Rosa
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Se estudiaron las propiedades estructurales, eléctricas y mecánicas de películas delgadas obtenidas por dos métodos de evaporación asistidos por plasma: "thermal ion plating" y "sputter-ion-plating". Con la primera configuración se estudió la influencia de un plasma en la microestructura de películas metálicas. El flujo de partículas bombardeantes del sustrato y la película, con energía media del orden de los cientos de electron-volt, produce varias características únicas de nucleación y crecimiento, obteniéndose una película de granos pequeños y uniformes en tamaño y forma, con crecimiento epitaxial a temperatura ambiente. El tamaño final de grano no depende del espesor y puede ser controlado variando la tensión de polarización, por lo que es posible depositar películas metálicas policristalinas con una resistividad determinada por dicha tensión. El incremento de la adherencia de películas metálicas depositadas sobre vidrio y la disminución del coeficiente de fricción de películas de plata sobre sustratos cerámicos también pudo explicarse en términos de factores inherentes al método. Los resultados fueron utilizados para el desarrollo de dos aplicaciones tecnológicas. Se hizo un cálculo teórico acerca de la validez de la regla de Matthiessen en películas delgadas contínuas. La segunda configuración se utilizó para tratar de obtener la fase b -C3N4 por el depósito reactivo de carbono en presencia de un plasma de nitrógeno. La tensión de polarización no influye en la concentración de nitrógeno de la película pero determina la proporción de enlaces híbridos sp2 y sp3. El aumento de presión produce una modificación de la estructura y un aumento de la concentración de nitrógeno presente en la película, pero no llega a ser la estequiométrica. La temperatura del sustrato mostró ser el factor de mayor influencia en la estructura de las películas, que pueden ser amorfas con pequeños agregados cristalinos a bajas temperaturas, tipo fullereno a 350 °C y con enlaces bidimensionales a mayor temperatura. Las tensiones internas, dureza y elasticidad dependen de la estructura. Si bien no se pudo obtener la fase b -C3N4, las películas tipo fullereno mostraron propiedades mecánicas muy interesantes.
Structural, electrical and mechanical properties of thermal ion-plated and sputter ion-plated thin films were investigated. The influence of the plasma on the microstructure of metallic thermal ion-plated films was examined. Substrate and film bombardment by particles with mean energies of hundred of eV, induces unique nucleation and growth features and yields films of small, uniformly shaped and sized grains, with epitaxial growth on substrates at room temperature. Final grain size is not thickness dependent and can be controlled with the polarization voltage, to obtain predictable resistivity in polycrystalline metallic thin films. Increased adherence on glass substrates and reduced friction coefficients on ceramic substrates of metallic films can be justified by inherent method factors. Two technological applications of these results are described. A theoretical calculation on the validity of Matthiessen’s rule in continuous thin films is presented. Sputter ion-plated technique was employed to attempt the b -C3N4 phase synthesis by reactive carbon deposition in a nitrogen plasma. Substrate bias has no influence on film nitrogen concentration but determines the ratio of sp2 to sp3 hybrid bonding. Increased pressure modifies the structure and increases nitrogen content in the film which never achieves full stoichiometry. Substrate temperature proved to be the most influential factor on film structure, which can be amorphous with small crystalline aggregates at low temperature, fulllerene-like at 350 °C and bidimensionally bonded at higher temperature. Internal stress, hardness and elasticity are structure dependent. Although the b -C3N4 phase was unattainable, fullerene-like coatings displayed very interesting mechanical properties.
Fil: Broitman, Esteban Daniel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.