REVISÃO DE LITERATURA SOBRE O USO DO REATOR DE DEPOSIÇÃO QUÍMICA A VAPOR ASSISTIDO POR PLASMA (PECVD)

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1 REVISÃO DE LITERATURA SOBRE O USO DO REATOR DE DEPOSIÇÃO QUÍMICA A VAPOR ASSISTIDO POR PLASMA (PECVD) Larissa Zamboni Lobo, Michely Glenda Pereira da Silva, Thaisa Baesso Santos, Angela Aparecida Vieira, Lucas Augusto Manfroi, Lúcia Vieira Universidade do Vale do Paraíba/Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento, Avenida Shishima Hifumi, 2911, Urbanova São José dos Campos-SP, Brasil, la_rissa_lobo@hotmail.com Resumo - O PECVD (Deposição Química a Vapor Assistido por Plasma) é um método de deposição rápida, que utiliza temperaturas baixas e dependendo das condições de deposição o filme tem índice refração distinto. É um procedimento seco, de fácil execução. O presente estudo tem como objetivo analisar na literatura entre os anos de 2013 a o uso do reator de PECVD. Trata-se de uma revisão bibliográfica, nas bases de dados Google Acadêmico e Publisher Medline (PubMed). O descritor utilizado foi método PECVD. Foram incluídos: artigos originais, disponíveis na íntegra, publicados em português ou inglês, que utilizassem o PECVD para deposição de filme finos, no período compreendido de 2013 a. Este estudo teve 16 trabalhos incluídos. Observou-se uma grande diversidade nos periódicos de publicação dos artigos. Observou se o crescente número de estudo utilizando o PECVD, como eficiente ferramenta para deposição de filmes finos em variados tipos de substratos. Palavras-chave: Deposição; Filme fino; PECVD Área do Conhecimento: Engenharia Biomédica Introdução O PECVD (Deposição Química a Vapor Assistido por Plasma) é um método de deposição rápida, que utiliza temperaturas baixas. (WALL, 2017). É um procedimento seco, de fácil execução (TERRIZA, 2014). A deposição por esse reator tem um bom rendimento e nos substratos tem uma ótima adesão (KIM, 2017). O filme é deposito de forma homogênea em toda superfície e a taxa de crescimento é alta. (CHAO, 2015). Em materiais microporosos pode-se usar esse método para que as propriedades de adsorção sejam modificadas (DE COSTE, 2013). O reator PECVD é uma técnica muito usada para depositar filmes finos sobre os substratos. O plasma é uma descarga gasosa que se forma no meio do eletrodo superior e o eletrodo de fundo pela fonte de rádio frequência. Antes de iniciar qualquer deposição é muito importante fazer a limpeza do reator e das amostras para obter o sucesso, qualquer sujeira pode prejudicar o procedimento. Outras fontes podem ser utilizadas, como por exemplo, fonte de descarga continua pulsada Dc. (CHAO, 2015). Desse modo, o presente estudo tem como objetivo analisar na literatura entre os anos de 2013 a o uso do reator de Deposição Química a Vapor Assistido por Plasma (PECVD). Metodologia Trata-se de uma revisão bibliográfica, que tem como finalidade reunir e sintetizar evidências cientificas. Para a elaboração da presente revisão, foram seguidos os procedimentos metodológicos: formulação dos objetivos da revisão; estabelecimento de critérios de inclusão e exclusão; categorização dos estudos analisados; avaliação dos estudos incluídos na pesquisa; análise dos dados e formulação dos resultados. A seleção do material foi realizada nos meses de agosto de. Para a seleção dos artigos foi utilizado a base de dados eletrônicas Google Acadêmico e Publisher Medline (PubMed). O descritor utilizado foi método de deposição química a vapor assistido por plasma (PECVD) e Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) corresponde a cada base de dados. Os critérios de inclusão foram: artigos originais, disponíveis na íntegra, publicados em português ou inglês, que utilizasse o PECVD para deposição de filme finos, no período compreendido de 2013 a. Os critérios de exclusão foram: textos incompletos; artigos que não abordaram 1

2 diretamente a temática do estudo ou que não abordassem resultados relevantes à pesquisa; trabalhos de conclusão de curso, dissertação e tese; e repetição de um mesmo artigo, neste caso, considerouse apenas um deles. Com isso, a partir dos descritores utilizados, obteve-se aproximadamente 8380 resultados. Com isso, após aplicabilidade de todos os procedimentos de seleção de dados, foram inclusos na pesquisa 17 estudos, conforme figura 1. Figura 1: Fluxograma da seleção dos artigos do estudo Fonte: autor,. Resultados e Discussão Após a análise e seleção dos 16 artigos, os mesmos foram organizados no quadro 1, abordando o ano do estudo, periódico e título respectivamente. Verificou-se que os anos com maior concentração de publicações foram com 05 publicações, seguidos por 2016 e 2015 com 03 artigos cada, 2017 e 2013 com 02 pesquisas e ano de 2014 com 01 estudo, conforme quadro 01. Quanto ao periódico as revistas J Vis Exp (12,5%), Materials (Basel) (12,5%), Nanomaterials (Basel) (12,5%), Nanoscale Res Lett (12,5%), Sci Rep (12,5%) tiveram 2 publicações cada, seguido da Nat Commun (6,25%), Opt Eng (6,25%), Adv Sci (Weinh) (6,25%), Chem Eng Res Des. (6,25%), Defence Technology (6,25%) e IEEE Photonics Technol Lett (6,25%) com 1 trabalho em cada, conforme quadro 1. Quadro 1: Distribuição das produções científicas segundo o Ano de Publicação, Periódico e o Título do Artigo (n=16). N Ano Periódico Titulo 1 Raman enhancement on ultra-clean graphene quantum Nat Commun dots produced by quasi-equilibrium plasma-enhanced 2 3 Nanomaterials (Basel) Materials (Basel) chemical vapor deposition Metal (Ag/Ti)-Containing Hydrogenated Amorphous Carbon Nanocomposite Films with Enhanced Nanoscratch Resistance: Hybrid PECVD/PVD System and Microstructural Characteristics Metal/Carbon Hybrid Nanostructures Produced from Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition over Nafion-Supported Electrochemically Deposited Cobalt Nanoparticles 2

3 Nanomaterials (Basel) Nanoscale Res Lett IEEE Photonics Technol Lett 2017 Sci Rep 2016 Opt Eng 2016 Adv Sci (Weinh) 2016 Sci Rep Nanoscale Res Lett Chem Eng Res Des J Vis Exp 2014 Materials (Basel) J Vis Exp / China Defence Technology Fonte: autor,. Carbon Nanotube Field Emitters Synthesized on Metal Alloy Substrate by PECVD for Customized Compact Field Emission Devices to Be Used in X-Ray Source Applications A Convenient and Effective Method to Deposit Low- Defect-Density nc-si:h Thin Film by PECVD Mitigating Water Absorption in Waveguides Made From Unannealed PECVD SiO2 Silicon Nitride Deposition for Flexible Organic Electronic Devices by VHF (162 MHz)-PECVD Using a Multi-Tile Push-Pull Plasma Source Improved environmental stability for plasma enhanced chemical vapor deposition SiO2 waveguides using buried channel designs Controllable Synthesis of Graphene by Plasma- Enhanced Chemical Vapor Deposition and Its Related Applications. Direct fabrication of 3D graphene on nanoporous anodic alumina by plasma-enhanced chemical vapor deposition High Current Emission from Patterned Aligned Carbon Nanotubes Fabricated by Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition Plasma deposition of silver nanoparticles on ultrafiltration membranes: antibacterial and anti-biofouling properties Synthesis and Characterization of High c-axis ZnO Thin Film by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition System and its UV Photodetector Application Osteoblasts Interaction with PLGA Membranes Functionalized with Titanium Film Nanolayer by PECVD. In vitro Assessment of Surface Influence on Cell Adhesion during Initial Cell to Material Interaction Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia Study on The Performance of PECVD Silicon Nitride Thin Films Cada artigo tem retratado a importância da deposição de filmes em substratos diferentes logo, sete (41,1%) trabalhos trouxeram a aplicabilidade sobre silício; dois (11,8%) estudos foram em metais; os demais pesquisas utilizaram vidro (5,9%), ligas metálicas (5,9%), nanopartículas de cobalto sobre membranas de Nafion (5,9%), dispositivos eletrônicos de base orgânica (5,9%), alumina anódica nanoporosa (5,9%), membranas comerciais de Polietersulfona (5,9%), Cu-BTC (também conhecido como HKUST-1) (5,9%), Osteoblastos com membranas de PLGA funcionalizadas (5,9%). E usaram variados tipos de deposição de filme fino como: três estudos trazem os nanotubos de carbono (17,6%), grafeno (17,6%) e nitreto de silício (17,6%); dois trabalhos (11,8%) depositaram com dióxido de silício (SiO2); enquanto que as outras pesquisas utilizaram silício nanocristalino (nc-si: H) (5,9%), nanopartículas de prata (5,9%), óxido de zinco (ZnO) (5,9%), Perfluoroalcanos (5,9%), carbono amorfo hidrogenado com nanopartículas metálicas incorporadas (5,9%) e Titânio (5,9%). Antes de iniciar uma deposição é importante fazer a preparação das amostras. Se a amostra for de aço faz o lixamento e polimento (DE COSTE, 2013; CONSTANTINOU, ; SANGJUN, ). A limpeza é muito importante no sucesso da deposição, sendo necessário limpar as amostras e o reator Assim que é colocado o substrato na porta amostra que se localiza no interior da câmara, inicia se o processo e o vácuo é atingindo. Inicia a descarga de gases para formar o plasma. Cada trabalho 3

4 usaram tipos de gases diferentes na deposição do seu substrato, em comum é utilizado gás Argônio para limpeza (CHAO, 2015; CRUZ, 2015; CONSTANTIBOU, ; LIU 2013), Oxigênio (TERRIZA, 2014; DE COSTE, 2013; CRUZ 2015), gás Silano para interface (KIM, 2017; LIU 2013; WALL, ), gás perfluoroalcano para filmes hidrofóbico(de COSTE, 2013),e outros constituintes como por exemplo: dióxido de carbono (CHAO, 2015), hidrogênio (CUI, 2015; LI, 2016), nitrogênio (LIU, 2013; WALL, ), amônia (KIM, 2017, ISLAM, ; SANGJUN, ), metano (CH4) (LI, 2016; LIU, ; CONSTANTINOU, ) ou acetileno (C2H2) (CUI, 2015; ISLAM, ; SANGJUN, ). Todos preconizam o controle do fluxo, tensão, pressão e tempo de cada etapa. Todos os estudos encontrados tiveram como finalidade analisar adesão do filme, as mudanças e seus efeitos. Para verificar a estrutura química dos filmes utiliza Raman (CUI, 2015; ZHAN, 2016; LI, 2016; LIU, ; CONSTANTINOU, ; SANGJUN, ; WANG, ). Para avaliar a morfologia é utilizado Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) (TERRIZA, 2014; CRUZ, 2015; ZHAN, 2016; LIU, ; CONSTANTINOU, ). Difração por raio X é usada para medir o índice de difração em diferentes temperaturas, e para examinar a formação do plasma, e as características dos filmes e outros aspectos foram usados espectroscopia de emissão óptica, fotoluminescência e microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo (CHAO, 2015). Microscopia eletrônica de transmissão para analisar as modificações das partículas (CRUZ, 2015; CUI, 2015; ZHAN, 2016; CONSTANTINOU, ). Espectroscopia de fotoelétrons de raios X na observação da movimentação das partículas (CRUZ, 2015; KIM, 2017; ISLAM, ). Examinar as propriedades dos filmes é usado espectroscopia de perda de energia elétrica (ZHAN, 2016), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (KIM, 2017), reflectividade de raios X (CONSTANTINOU, ), microscopia de força atômica (CONSTANTINOU, ; ISLAM, ; WANG, ). Conclusão Os artigos analisados nesse estudo apresentam a aplicabilidade do PECVD como uma ferramenta valiosa e transdisciplinar de grande relevância em substratos variados. Portanto, a análise evidencia do uso do PEVCD como ferramenta importante na produção de filmes finos, apresentando como ação efetiva e regular no recobrimento de substratos orgânico e inorgânico. Evidenciou-se a necessidade de capacitação pessoal para instrumentação do PECVD, preparo da amostra e medidas de biossegurança. Assim como aprofundamento da exploração de estudos já publicados. Referências CHAO, C.H; WEI, D.H. Synthesis and Characterization of High c-axis ZnO Thin Film by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition System and its UV Photodetector Application. J Vis Exp. v.104, out, CONSTANTINOU, M; et al. Metal (Ag/Ti)-Containing Hydrogenated Amorphous Carbon Nanocomposite Films with Enhanced Nanoscratch Resistance: Hybrid PECVD/PVD System and Microstructural Characteristics. Nanomaterials Basel. n.8,v.4, Mar,. CRUZ, M.C; et al. Plasma deposition of silver nanoparticles on ultrafiltration membranes: antibacterial and anti-biofouling properties. Chem Eng Res Des. v. 94, p , fev., CUI, L, et al. High Current Emission from Patterned Aligned Carbon Nanotubes Fabricated by Plasma- Enhanced Chemical Vapor Deposition. Nanoscale Res Lett. n.10, v.1, p.483, Dec DE COSTE, JB; PETERSON, GW. Preparation of hydrophobic metal-organic frameworks via plasma enhanced chemical vapor deposition of perfluoroalkanes for the removal of ammonia. J Vis Exp. v.80, Oct,

5 ISLAM, M; et al. Metal/Carbon Hybrid Nanostructures Produced from Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition over Nafion-Supported Electrochemically Deposited Cobalt Nanoparticles. Materials (Basel). n.11, v.5, Apr. KIM, K.S; et al. Silicon Nitride Deposition for Flexible Organic Electronic Devices by VHF (162 MHz)- PECVD Using a Multi-Tile Push-Pull Plasma Source. Sci Rep. n.7, v.1, p.13585, Out LIU,D; et. al. Raman enhancement on ultra-clean graphene quantum dots produced by quasiequilibrium plasma-enhanced chemical vapor deposition. Nat Commun. n.9, v.1, p.193., Jan,. LIU, L, et al. High Current Emission from Patterned Aligned Carbon Nanotubes Fabricated by Plasma- Enhanced Chemical Vapor Deposition. Nanoscale Res Lett. n.10, v.1, 2015 Dec PARK, S; et al. Carbon Nanotube Field Emitters Synthesized on Metal Alloy Substrate by PECVD for Customized Compact Field Emission Devices to Be Used in X-Ray Source Applications. Nanomaterials (Basel). n.8, v.6, May. TERRIZA, A; et al. Osteoblasts Interaction with PLGA Membranes Functionalized with Titanium Film Nanolayer by PECVD. In vitro Assessment of Surface Influence on Cell Adhesion during Initial Cell to Material Interaction. Materials Basel. n.7, v.3, p , mar, WALL, T; et al. Mitigating Water Absorption in Waveguides Made From Unannealed PECVD SiO2. IEEE Photonics Technol Lett. n.29, v.10, p , Mar WALL, T.A; et al. Improved environmental stability for plasma enhanced chemical vapor deposition SiO2waveguides using buried channel designs. Opt Eng. n.55, v.4, Apr WANG, Y; LIU, H; SHEN, W. A Convenient and Effective Method to Deposit Low-Defect-Density nc- Si:H Thin Film by PECVD. Nanoscale Res Lett. n.13, v.1, p.234, Aug. ZHAN, H; et al. Direct fabrication of 3D graphene on nanoporous anodic alumina by plasma-enhanced chemical vapor deposition. Sci Rep. n.6, v.19822, jan,