Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" Câmpus de Guaratinguetá - Faculdade de Engenharia

Departamento de Física e Química “Laboratório de Processamento de Materiais à Plasma”

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“DIAGNÓSTICOS ELÉTRICO E DE MASSA EM PLASMAS DE INTERESSE TECNOLÓGICO ”

por

Marcelo Willian Andrade, M. A. Algatti

INTRODUÇÃO

• O processo de Polimerização a Plasma em descargas glow a baixas pressões é de g r a n d e p o t e n c i a l p a r a a s í n t e s e e processamento de materiais.

• A compreensão da cinética química nestas descargas é fundamental para o emprego da técnica em escala industrial.

• Os processos de fragmentação molecular nestas descargas ocorrem basicamente devido ao impacto eletrônico.

• O conhecimento da temperatura, densidade e função de distribuição de energia dos elétrons é fundamental para a compreensão do processo de polimerização a plasma.

• Estas grandezas são obtidas por meio das Sondas de Langmuir.

• A contaminação das mesmas deve ser evitada afim de possibilitar as medidas.

ENERGIAS DE DISSOCIAÇÃO

Ligações Energias de Dissociação ( eV ) C−C 3,61 C=C 6,35 C−H 4,30 C−N 3,17 C=N 9,26 C−O 3,74 C=O 7,78 C−F 5,35 C−Cl 3,52 N−H 4,04 O−H 4,83 O−O 1,52

ENERGIAS DE DISSOCIAÇÃO, META-ESTÁVEIS E IONIZAÇÃO

Gases Energia de Energias Meta Energia de Dissociação Estável Ionização

( eV ) ( eV ) ( eV ) He 19,8 24,6 Ne 16,6 21.6 Ar 11,5 15,8 Kr 9,9 14,0 Xe 8,3 12,1 H2 4,5 15,6 N2 9,8 15,5 O2 5,1 12,5 CH4 12,6 C2H2 11,4 C2H4 10,5 C3H6 11,5 C3H8 11,1

SONDA DE LANGMUIR

Curva característica A densidade de corrente na sonda, com potencial φ<0

JS = Je – Ji

A densidade de corrente dos elétrons

A temperatura dos elétrons

A densidade de elétrons

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ESQUEMA DO CIRCUITO DO GERADOR DE RAMPA DA SONDA

LAYOUT DO CIRCUITO IMPRESSO DO GERADOR DE RAMPA

ESQUEMA DO CIRCUITO DO FILTRO DE RÁDIO-FREQUÊNCIA

LAYOUT DO CIRCUITO IMPRESSO DO FILTRO DE RÁDIO-FREQUÊNCIA

ESQUEMA DO CIRCUITO DE POLARIZAÇÃO DA SONDA

ESQUEMA DO APARATO EXPERIMENTAL

PLASMAS REATIVOS

MONTAGEM I ESPECTRÔMETRO DE MASSA

MONTAGEM II BOMBA TURBO MOLECULAR

CONCLUSÕES

• Testes preliminares indicam que as Sondas de Langmuir aquecidas são eficazes na determinação da temperatura e densidade médias eletrônicas em plasmas reativos.

• O processo de remoção por sputtering em atmosferas de Argônio permite recobrar as características originais de funcionamento das Sondas de Langmuir.

• A reprodutibilidade da resposta I x V (corrente versus tensão) é de importância fundamental para o emprego da técnica em atmosferas contaminantes.

• A determinação da temperatura e densidade média, bem como da função de distribuição de energia dos elétrons é fundamental para a compreensão da cinética química no interior dos plasmas polimerizantes, uma vez que os processos de fragmentação molecular são oriundos basicamente de colisões com os elétrons.

AGRADECIMENTOS E REFERÊNCIAS

Gostaríamos de expressar os nossos agradecimentos ao CNPq-PIBIC pela bolsa de Iniciação Científica e à FAPESP pelo financiamento do projeto do reator, bem como pela bolsa de Doutorado de J. C. Teixeira. Gostaríamos de agradecer ainda ao técnico José Benedito Galhardo pela ajuda no projeto e construção do reator de processamento de materiais a Plasma.

[1]- H. Yasuda, “Plasma Polymerization” , Academic Press, New York, USA, (1985).

[2]- N. Hershkowitz, “How Langmuir Probes Work”, in Plasma Diagnostics, vol. 1, edited by O. Auciello and D. Flamm, Academic Press, (1989).

[3]- N. Inagaki, “Plasma Surface Modification and Plasma Polymerization”, Technomic Publishing Co., New York, USA, (1996).

[4]- I. Kato, T. Shimoda and T. Yamagishi; “Removal Conditions of Films Deposited on Probe Surface”; Japan. Journ. Appl. Phys. 33, 3586, (1994).