Produção de filmes finos de oxinitretos de alumínio e crómio por técnicas de PVD e sua caracterização em termos de propriedades físicas e químicas

Abstract

Este trabalho visa apresentar todo o processo de produção de um conjunto de filmes finos de oxinitreto de alumínio e de crómio e a sua caracterização química e física. O carácter inovador deste trabalho é desenvolver, e caracterizar este tipo de filmes finos, produzidos de forma económica, usando uma só configuração de câmara de deposição e usando somente uma garrafa de gás reactivo (N2 e O2 numa proporção de 17:3, respectivamente), além do gás de trabalho (Ar). Um dos principais objectivos deste trabalho além de obter os filmes de oxinitreto de crómio e de alumínio, é caracterizá-los opticamente. Espera-se que a variação gradativa da composição, resultante da produção dos filmes com variação do fluxo de gases reactivos, permita obter filmes com variação gradativa das propriedades ópticas, nomeadamente o indice de refracção. A composição química dos filmes de oxinitreto de alumínio produzidos variou desde uma concentração de alumínio de 100% (neste caso o filme é de alumínio e não de oxinitreto de alumínio) até 40% sendo a restante percentagem de oxigénio ou azoto. Para o oxinitreto de crómio a concentração de crómio variou entre 75% e 33% sendo a restante percentagem de oxigénio ou azoto, destacando-se também em três zonas, dependendo das condições de produção. A estrutura cristalina dos filmes produzidos de oxinitreto de alumínio revelou, para menores fluxos gasosos, grãos cristalinos de alumínio, em que foram detectados picos de difracção correspondentes aos planos cristalográficos (1 1 1) e (2 0 0) da estrutura cúbica de faces centradas (fcc) do Alumínio. Neste caso a direcção preferencial de crescimento parece ser (111). No caso dos filmes de oxinitreto de crómio detectaram-se grãos cristalinos de nitreto de crómio (CrN). Detectam-se picos de difracção correspondentes aos planos (1 1 1), (2 0 0) e (2 2 0) da estrutura fcc do CrN. A transmitância dos filmes de oxinitreto de alumínio produzidos com menor fluxo e de todos os filmes de oxinitreto de crómio foi nula, devido a serem filmes opacos na região visível do espectro electromagnético. Quanto à reflectância no oxinitreto de alumínio e oxinitreto de crómio o comportamento variou, dependendo da sua composição. Este trabalho apresenta uma caracterização num grande espectro de fluxos de mistura de oxigénio e azoto na produção de oxinitreto de alumínio e oxinitreto de crómio, sendo ponto de partida para trabalhos futuros.

This work presents the whole process of producing a set of oxynitride thin films of aluminum and chromium and their chemical and physical characterization. The innovative nature of this work is to develop and characterize this type of thin films produced economically using a single deposition chamber configuration and using only a bottle of reactive gas (N2 and O2 at a ratio of 17:3, respectively) beyond the working gas (Ar). One of the main objectives of this work in addition to obtaining the oxynitride films of chromium and aluminum is optically characterize them. It is hoped that the gradual change of the composition, resulting in production of films with a variation of the flow of reactive gases, capable of producing films with gradual variation of optical properties, namely the index of refraction. The chemical composition of aluminum oxynitride films produced ranged from a concentration of 100% aluminum (in this case the film is not Aluminium oxynitride and aluminum) to 40% and the remaining percentage of oxygen or nitrogen. For the oxynitride chromium concentration of chromium ranged between 75% and 33% and the remaining percentage of oxygen or nitrogen, especially also in three areas, depending on production conditions. The crystal structure of the films produced in aluminum oxynitride showed for smaller gas flows, crystalline grains of aluminum, that were detected diffraction peaks corresponding to the crystallographic planes (1 1 1) and (2 0 0) of the face-centered cubic structure (fcc) Aluminum. In this case the preferred direction of growth seems to be (111). In the case of chromium oxynitride films were found to be crystalline grains of chromium nitride (CrN). Are detectable diffraction peaks corresponding to planes (1 1 1), (2 0 0) and (2 2 0) fcc structure of CrN. The transmittance of the films of aluminum oxynitride produced with lower flow and all films of chromium oxynitride was zero, because they are opaque films in the visible electromagnetic spectrum. As for the reflectance of aluminum oxynitride and oxynitride chromium behavior varied, depending on their composition. This work presents a characterization in a wide range of flows of nitrogen and oxygen mixture in the production of aluminum oxynitride and chromium oxynitride, and it is a starting point for future work.