Prof. Ana L. F. de Barros

Centro Federal de Educação Tecnológica /CEFET-RJ,

Rio de Janeiro, RJ, Brazil.

Plasma - Introdução

Por que plasma?

Outros usos

- Remoção de resido (muito utilizado)

- Oxidação

- Nitretação: A nitretação a plasma facilita o controle

apurado tanto da espessura como da composição da

camada tratada.

- Oxi-nitretação

- Implantação

- Deposição de dielétricos de baixo k (constante dielétrica)-

será visto mais tarde em detalhes

Nitretação

Benefícios da Técnica

A nitretação é um procedimento usado normalmente para o tratamento

de superfícies metálicas, aumentando sua dureza, resistência à corrosão,

fadiga, desgaste e diminuindo o atrito pela incorporação de átomos de

nitrogênio na estrutura do material.

A nitretação à plasma pulsado é realizada a temperaturas relativamentebaixas (~550 C) e representa uma nova alternativa aos processos

convencionais.

A técnica é limpa, segura e relativamente simple de usar, sendo cada vez

mais comum em aplicações industriais envolvendo nitretação de aços

carbono, ligas, materiais sinterizados, podendo, inclusive, ser combinada

com carburização, oxidação, e à formação de filmes finos tais como

nitreto de titânio.

Algumas das principais aplicações são nitretação de ferramentas de

corte, peças sinteterizadas, eixos, matrizes e estampas.

Nitretação

. Algumas das vantagens do processo são:

- Incremento de vida útil das peças tratadas

- Mínima alteração dimensional das peças

- Boa penetração do plasma em orifícios permitindo nitretação

uniforme

- Bom controle da uniformidade da espessura e qualidade da camada

nitretada

- Redução de uso de gases

Nitretação

. Algumas das vantagens do processo são:

- Processo reproduzível

- Redução do custo de manufatura, eliminando operações de retífica e

usinagem para correção de deformações estruturais

- Eliminação da agressão ambiental uma vez que o processo de

nitretação com plasma trabalha com gás H2 e N2, suprimindo o uso de

gases corrosivos poluentes e de difícil manuseio

- Economia de energia elétrica

Oxidação

Porquê Oxidação a Plasma

A formação de uma camada protetora de oxido de ferro sobre

superfícies de materiais ferrosos tem como objetivo a melhoria da

resistência à corrosão e a redução do coeficiente de atrito.

Uma camada superficial de oxido, com espessura em torno de 2

microns, composta predominantemente da fase magnetita (mais

resistente à corrosão) pode ser obtida com a oxidação a plasma.

Quando se deseja uma proteção ainda mais eficiente e duradoura

contra a corrosão, os processos duplex de nitretação e

nitrocarbonetação seguidos da oxidação a plasma tornam-se mais

apropriados.

Oxidação

CARACTERÍSTICAS:

• Aumento da resistência à corrosão

• Redução do coeficiente de atrito

• Aparência enegrecida atrativa

Oxidação

Aplicações

• Aplicável a todos os tipos de materiais ferrosos e aços

• Brocas ortopédicas

• Vávulas de motores a explosão

• Hastes de amortecedores

Implantação iônica por imersão em plasma (IIIP ou 3IP)

O tratamento da superfície de materiais

por implantação iônica pode ser feito

pulsando-se o plasma repetidas vezes

sobre uma amostra imersa no mesmo.

A técnica 3IP permite a implantação de

uma peça inteira a despeito de forma e

tamanho.

No dispositivo 3IP, o plasma é gerado

por microondas ou, com geração de

menos impurezas, utilizando descargas

luminescentes nas quais o potencial de

plasma é controlado por um "chuveiro"

de elétrons.

Antes de continuar, vamos nos familiarizar com alguns termos e conceitos comums da área:

-Etch : Corrosão

-PECVD: Deposição Química por Vapor Melhorada com Plasma

-Ash: Remoção do fotoresistência

-Sputtering ou Pulverização Catódica: Remoção de material de um alvo por meio de bombardeamento de íons de um plasma

Assim, um plasma pode conter diversas “espécies”. Veja o

papel mais importante delas:

- Elétrons: dissociação; ionização; excitação; recombinação

- Átomos: reações no plasma; reações na superfície

- Moléculas: reações no plasma; reações na superfície

- Íons positivos: acelerados contra a superfície

- Íons negativos: diminuem densidade do plasma

- Átomos, moléculas e íons excitados: reações no plasma;

energia que pode ser transferida para o substrato

De um modo geral, o plasma permite ambas corrosões:

- Química: radicais no plasma (ex. átomos de F, Cl, etc...)

reagem quimicamente com os átomos da superfície, liberando

compostos voláteis. Geralmente acontece em plasma de

altas pressões (já que há mais colisões no plasma). Típico

de reatores que operam com vários wafers simultâneamente.

- Física: bombardeamento de íons vindos do plasma

(geralmente Ar), arranca átomos do wafer. Os íons são

acelerados pelo potencial da bainha e polarização do wafer.

Assim, é mais eficiente a baixas pressões (visto que colisões

entre partículas do plasma diminui energia e direcionalidade

dos íons).

Mas como controlar entre os tipos de corrosão?

Corrosão Química: Aumentando pressão, ou mudando química

para ter mais radicais reativos no plasma.

Corrosão Física: Diminuindo pressão, introduzindo Ar, ou

aumentando a polarização do wafer.

Reatores de alta densidade são mais apropriados para esse

controle. Ex: No ICP, fonte RF da bobina pode aumentar

densidade do plasma (mudando número de radicais), e a fonte

no eletrodo aumenta a energia dos íons atingindo o wafer.

Alguns gases típicos utilizados nas corrosões: