Filmes de diamante nanocristalino infiltrados em substratos de silício poroso através das técnicas CVD/CVI / Nanocrystalline diamond films infiltrates in porous silicon substrate by CVD/CVI Processes

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

O crescimento de filmes de diamante nanocristalino (NCD - Nanocrystalline Diamond) obtido através da infiltração nos poros do silício poroso (PS - Porous Silicon) foi estudado utilizando microscopia eletrônica de alta resolução, difração de raios-x de alta resolução, espectroscopia de fotoelétrons de raios-x e espectroscopia de espalhamento Raman. Os filmes de NCD/PS resultaram em um material compósito, com grande potencial de aplicação eletroquímica, principalmente devida à sua grande área supercial ativa. Utilizando o processo de anodização com ácido fluorídrico e acetonitrila foram produzidas camadas de PS com poros em microescala, do tipo pirâmide invertida, adequados para a deposição e infiltração dos filmes NCD. Para otimizar o processo de crescimento o reator de deposição química a partir da fase vapor (HFCVD - Hot Filament Chemical Vapor Deposition) foi adaptado para um reator de infiltração química a partir da fase vapor (HFCVI - Hot Filament Chemical Vapor Infiltration). Este procedimento permitiu que os gases reagentes infiltrassem na estrutura porosa onde a nucleação é iniciada, seguida da coalescência e formação do filme tanto nas paredes como no fundo dos poros. Nesta configuração uma entrada adicional de CH4 foi posicionada próxima ao PS que permitiu mudar a posição do fluxo em relação à amostra e possibilitou a utilização do fluxo adicional exatamente abaixo da amostra ou acima desta, porém ambas as entradas foram abaixo dos filamentos. Este sistema permitiu ainda combinações na variação das concentrações de CH4 nas duas entradas no intervalo entre 0,5 e 1,0 vol %. Os filmes obtidos com entrada de gás acima da amostra apresentaram as melhores características de NCD em todo o intervalo de variação de metano estudado. Numa segunda configuração, para melhorar a infiltração do NCD no PS foi utilizado carbono vítreo reticulado (CVR) como fonte adicional de carbono. Nestes experimentos, enquanto o fluxo principal de metano variou entre 0 e 1,0 vol. %, foram utilizados CVR obtidos com três índices de grafitização diferentes, tratados termicamente em 1300, 1500 e 2000°C. A amostra de PS foi posicionada sobre o CVR permitindo que o hidrogênio atômico atacasse a superfície do mesmo durante o processo de crescimento do filme, retirando desta estrutura o carbono que participa das reações de crescimento do NCD. Foi observada uma forte dependência no crescimento do filme em função do CVR utilizado, devido às variações das propriedades físico-químicas deste material com sua temperatura de obtenção. Particularmente, os filmes obtidos a partir do CRV 2000 e concentração de metano de 1,0 vol. % apresentaram a melhor morfologia com cobertura total das paredes e dos poros, seguindo a morfologia do substrato, cuja qualidade e cristalinidade foram confirmadas pelos espectros Raman e de raios-x, respectivamente. De maneira geral, as duas configurações utilizando fontes adicionais de carbono produziram com sucesso filmes de NCD infiltrados nos poros do Si com apenas 60 min de crescimento.

ASSUNTO(S)

diamante nanocristalino silício poroso filmes finos deposição química a partir da fase vapor assistida por filamento quente (hfcvd) infiltração química a partir da fase vapor assistida por filamento quente (hfcvi) nanocrystalline diamond porous silicon thin films hot filament chemical vapor deposition (hfcvd) hot filament chemical vapor infiltration (hfcvi)

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