Novos materiais como requisito para novas tecnologias. Prof. Dante F. Franceschini Filho Laboratório de Filmes Finos

Transcrição

1 Novos materiais como requisito para novas tecnologias Prof. Dante F. Franceschini Filho Laboratório de Filmes Finos

2 Visão geral Monitor LCD Condutores Transparentes Materiais superduros Carbono amorfo hidrogenado: resultados recentes Ablação por laser: Filmes finos e nanoestruturas. Nanotubos de Carbono Conclusões

3 LCD

4 LCD

5 Condutores transparentes MRS Buletin vol. 5 no.8 () Transparent Conducting Oxides D.S. Ginley and Clark Beight Criteria for Choosing Transparent Conductors R.G. Gordon Characterization of Transparent Conducting Oxides T.J. Coutts, D.L. Young and X. Li

6 Condutores transparentes µ =v/e

7 Condutividade vs.transparência

8 Teoria de Drude elétrons livres eτ µ= * mc ne τ σ= * mc ωp ε 1 = ε 1 ω 1 << ω τ ε ω p ε = 3 ωτ ne ω p = * ε ε mc ε 1, ε N, k + coef. Fresnel 1 reflectância absorbância

9 Reflectância µ = 1 cmv-1s-1 m*c=.3 me t =.5 µ m

10 Absorbância µ = 1 cmv-1s-1 m*c=.3 me t =.5 µ m

11 Teoria de Drude elétrons livres eτ µ= * mc ne τ σ= * mc ωp ε 1 = ε 1 ω 1 << ω τ ε ω p ε = 3 ωτ ne ω p = * ε ε mc ε 1, ε N, k + coef. Fresnel 1 reflectância absorbância

12

13 spray-pyrolysis (SnO) Janelas Revestimentos Funcionais spray

14 Sputtering plasma Indium Tim Oxide - FPD

15

16

17 TiN

18 Adição de N

19 Diamante CVD

20 Filamento Quente

21 Aplicações Brocas odontológicas Janelas resistentes à radiação Ferramentas de corte para metais não ferrosos Revestimentos anti-desgaste e anti-atrito ALTA RUGOSIDADE (CRISTAIS DE ~1µ m)

22 DLC Amorphous Hydrogenated Carbon a-c:h sp3 (%) H (% at.) Density (g / cm3) Gap (ev) Hardness (GPa) Diamond Graphite.67 ta-c Hard a-c:h Soft a-c:h <1 ta-c:h polyethylene

23 Applications - Mechanical protective coatings Friction reduction Wear Protection Hydrophobic anti-adhesion coatings - Gas Barrier Coatings - IR antireflective coatings - Dielectric in ULSI ICs

24 a-c:h film deposition - PECVD Gas pressure Main deposition parameters hydrocarbon Vacuum DC Self-bias potential (VB)

25 RF-Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition VSB V V V t - t VSB Plasma 13,56 MHz

26 Ion Impact Hardness and Stress

27 a-c:h from noble gas diluted CH4 plasmas. Capote and Freire Mater. Sci. Eng. B (4)

28 Caracterização das constantes ópticas in-situ

29 Ambient-film-substrate model ambient n=1 k = film n1 k1 substrate n k

30 r1 + r e 4 Im( β ) + r1 r e Im( β ) cos[ Re( β ) + δ δ 1 ] R(d ) = A 1 + r1 r e 4 Im( β ) + r1 r e Im( β ) cos[ Re( β ) + δ + δ 1 ] r1 = R1 = (1 n1 ) + k1 (1 + n1 ) + k1 r (n1 + n ) + (k1 k ) = R = (n1 + n ) + (k1 + k ) reflectâncias das duas interfaces

31 r1 + r e 4 Im( β ) + r1 r e Im( β ) cos[ Re( β ) + δ δ 1 ] R(d ) = A 1 + r1 r e 4 Im( β ) + r1 r e Im( β ) cos[ Re( β ) + δ + δ 1 ] r1 = R1 = (1 n1 ) + k1 (1 + n1 ) + k1 r (n1 + n ) + (k1 k ) = R = (n1 + n ) + (k1 + k ) reflectâncias das duas interfaces

32 In-situ optical characterization of plasma deposited a-c:h films during deposition by CH4 plasmas and erosion by N-H plasmas. Fabiano Pereira (dout.), Dácio Souza (IC)

33 Reflected intensity ( a.u) Experimental Model H fraction= % H Fraction= 5% H fraction= 1% Reversed erosion time (s)

34 Erosion rate (angstron / s) 1,5 1,,75,5,5 5 5 H flow ( % ) 75 1

35 Experimental Model 1 Vb = -V Reflected intensity (a.u.) Vb = -5V Vb = -8V Deposition time (s) 1 14

36 Experimental Model 1 Vb = -V 8 6 Reflected Intensity (a.u.) 4 1 Vb = -5V Vb = -8V Reversed erosion time (s) 5

37 ,5 Deposition Erosion n,1 1,95 1,8 1, VB (Volts) 8 1

38 ,5 Deposition,4 Erosion k,3,,1, 4 6 -VB (Volts) 8 1

39 ,5 n,1 1,95 1,8 1,65,,1, k,3,4,5

40 Deposition rate (angstron / s) 5 Deposition rate derosion /Tdeposition VB (Volts) 1

41 derosion / Tdeposition (angstron / s) Deposition rate(angstron / s) 5

42 Erosion rate (angstron / s), 1,75 1,5 1,5 1,, VB (Volts) 8 1

43 1 / E ( angstron / s ) -1 1, 1,5,9,75,6, VB (Volts) 8 1

44 m / IG ΓG 15 1, 144,5, VB (V) 8 1 Volume Fraction 1,5 diamond-like polymer-like graphite-like,8 ΓG(cm-1) AD/AG or 13 m/ig 16 AD/AG,6,4,, 4 6 -VB (V) 8 1

45 Framework for analysis of optical constants of a-c:h films Fabiano Pereira (dout.), Alexandre P. Silva (ex-dout)

46 13 C NMR M.A. Tamor et al, Appl. Phys. Lett. 199

47 Fingerprinting of a-c:h films by optical constants a-c:h films taken as an inhomogeneous mixture of three fases: Diamond-like: clustered sp3 carbon, dense transparent. n =.41, k = Polymer-like: hydrogenated carbon, low density, transparent n = 1.5, k= Graphite-like: clustered sp carbon, dense, absorbing n=.47, k=.41

48 Efective Medium three components A.M. Jayannavar, N.Kumar Phys. Rev. 44 (1991), 114 1/ α β ε ε A ε B 3/ ( ) = 1 C ε ε A ε B A = A( x1, x, ε 1, ε ) B = B( x1, x, ε 1, ε ) α = α ( A, B, ε 1, ε ) β = β ( A, B, ε 1, ε ) (1-C) volume fraction of the polymer-like fraction x1c volume fraction of sp3 clustered phase x C = (1-x1) C volume fraction of spclustered phase

49 6, c=1. 5, c=.734 4, ε1 acetylene methane 3, c=.348,,,3,6,9 1, ε 1,5 1,8,1

50 DL,5 methane acetylene,4,3, Volume Fraction,1 PL,6,5,4,3,,6,5,4,3,,1, GL 4 6 -VB(V) 8 1

51 MWNT Prof. F.B. Passos (EQ) Hugo Alvarenga (dout, EQ) Dácio Souza (IC, UFF)

52 SWNT G Radial Breathing Mode Raman Shift (cm-1) Dr. Carlos Sanchez (pós-doc) Dacio Souza (IC),, Ingrid Hames (mestr)

53 Planos Dispersão de nanotubos (Prof. E. Ponzio Quim) Filmes finos para determinação de propriedades ópticas [prof. A.Latge, Ingrid Hames (mestrado)] formação de compósitos nanotubos-a-c:h condutores transparentes (Prof. E. Ponzio QUI)

54 Filmes Finos por ablação por laser Filmes de carbono duro 3 GPa! Dr. C. Sanchez (Pós-doc uff), Prof. M. Maia da Costa (PUC) Nanopartículas de Óxido de Eu C. Sanches, prof. Glauco Maciel (UFF), prof Hugo Luna (UFRJ), prof. C. Fellows (UFF), prof. Dalber Candela (UFF), prof. Renato Guimarães (UFF)

55 condutor transparente comercial

56 Conclusões O Laboratório de Filmes Finos está operando e ampliando as suas atividades em Física dos Materiais.

57 6, c=1. 5, c=.734 ε1 4, 3, single cathode hollow cathode c=.348,,,3,6,9 1, ε 1,5 1,8,1

58 1, single cathode hollow cathode Volume Fraction,8,6 DL,4,, 3 -VB(V) 6

59 ,7 Volume Fraction,6,5,4,3, PL,1, 3 -VB(V) 6

60 Volume Fraction,6,4 GL, Single cathode Hollow cathode, 3 6 -VB(V) 9