Desenvolvimento de filmes finos de TiCxOy

• Autor(es): Fernandes, Ana C.
• Data: 2011
• Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/1822/19713
• Origem: RepositóriUM - Universidade do Minho
• Tipo de Documento: Tese de Doutoramento
• Idioma: Português
• Orientador(es): Pinto, A. M. P; Vaz, F.

Descrição

Tese de doutoramento em Engenharia de Materiais For the past decades, the technological and industrial development has resulted in high demanding of the society. This is many times translated in the need to have a material with intrinsic properties for a certain application, justifying the investments in the area of thin film technology. Due to the increasing demands of the technology applications, the continuous study of the target's material and the deposition method to obtain films with different properties has been inappropriate. Instead, the development of different technologies and processing conditions that allow a wide range of properties using the same targets and only modifying the deposition conditions represent a significant earning in terms of time and in versatility of the systems. Finally, this could expand the application field. Thin films of titanium oxycarbide were prepared by de magnetron reactive sputtering. The aim of this thesis was to vary the composition of the films and to link it with their physical, chemical and mechanical properties. Therefore, different preparation conditions were performed: the use of a TiC target; and the use of a Ti target with cylindrical carbon pieces incrusted in is erosion zone. For some properties, the behaviour of the thin films with the variation of the bias potential was also investigated. It was shown that the type of target used has a great influence of the composition of the films. The use of a TiC target promotes a higher quantity of carbon in the films, while the Ti target with C pieces promotes a much poor C films. In both cases, it was shown that is possible to obtain a wide range of coatings presenting characteristics from metallic titanium carbide or metallic titanium oxide to stoichiometric TiO2. Thus, it was possible to correlate the parameters of the process and the properties of the films. The analysis of the properties allowed us to get three groups of samples: opaque titanium carbide or oxides (TiC:O I TiO:C), conducting and defined as metallic zone (or region); an intermediate titanium oxycarbide TiCOy, called transition zone; and a transparent and insulating Ti02:C called oxide zone. Regarding the films with polarization variation it was found that the increase of negative polarization promotes a densification of the films and an amorphization. Attending all the characterization that was provided: mechanical, tribocorrosion, thermal, electrical and optical; and the obtained results, it seems that these films are multifunctional, since they work simultaneously to several situations as it can combine several properties in one film. O elevado desenvolvimento tecnológico e industrial que se tem verificado nas últimas décadas traduz-se em solicitações cada vez mais exigentes, para as quais é muitas vezes necessário que um dado material apresente um gradiente de propriedades com vista a determinada aplicação. Desta forma se justifica o grande investimento na área dos filmes finos. Devido às crescentes exigências das aplicações tecnológicas, a mudança continua no material do alvo e do processo de deposição para obter filmes com diferentes propriedades apresenta-se inadequado, pelo que ø desenvolvimento de tecnologias/condições de processamento que permitam a obtenção de uma gama de propriedades recorrendo aos mesmos alvos e modificando apenas as condições de deposição representam um ganho significativo quer cm termos de tempo quer no que respeita à versatilidade dos próprios sistemas, permitindo a expansão do campo de aplicação. Neste trabalho foram produzidos filmes de oxicarboneto de titânio, TiCxOy por pulverização catódica cm magnetrão. 0 objetivo desta tese consistiu na variação da composição dos filmes, relacionando-a com as suas propriedades físicas, químicas e mecânicas. Desta forma, foram usadas diferentes condições de preparação: a utilização de um alvo composto de TiC; e o uso de um alvo de Ti com pastilhas cilíndricas de C incrustadas na sua zona de erosão. Foram produzidos alguns filmes com variação do potencial no alvo, que foram analisados por algumas técnicas de caracterização. Foi verificado que o tipo de alvo utilizado tem uma grande influência na composição dos filmes. A uti1izaço de um alvo de TiC promove uma maior quantidade de carbono nos filmes, enquanto o alvo de Ti com pastilhas de C promove filmes com pouco carbono. Em ambos os casos, foi demonstrado que é possível obter uma gama de filmes finos que variam desde carboneto de titânio (TiC) ou óxido de titânio metálico (TiO) para filmes de dióxido de titânio (Ti02). Assim, foi possível relacionar os parâmetros do processo de deposição e as propriedades dos filmes. A análise das diferentes propriedades dos filmes permitiu o reconhecimento de três grupos de filmes: zona metálica, caracterizada por filmes de carboneto de titânio ou óxido de titânio (TiC:0 / TiO:C) condutor; urna zona de transição composta por filmes de TiCxOy; e uma zona designada de óxido caracterizada por filmes transparentes e isolantes de TiO2. Relativamente aos filmes com variação da polarização, verificou-se que com o aumento da polarização negativa os filmes se tronam mais densos e amorfos. Com a caracterização efetuada: mecânica, tribocorrosão, térmica, elétrica e óptica, e os resultados obtidos, estes filmes parecem tratar-se de, materiais multifuncionais, já que funcionam simultaneamente para várias situações já que que se conseguem conjugar várias propriedades interessantes num só filme.