Deposição e caracterização de filmes finos de CrN depositados por diferentes processos de magnetron sputtering [thesis]

Monica Costa Rodrigues Guimarães
ao Programa de Pós Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais por me permitir realizar este projeto e fazer uso de toda a instalação e equipamentos necessários. À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior -CAPESpelo incentivo financeiro. À Mahle e ao BNDES parceiros e financiadores deste projeto. À todos os funcionários do SMM em especial ao Wagner Correr pelas imagens de MEV, AFM, e todas as outras medidas, ajudas e dicas que foram importantíssimas para o desenvolvimento
more » ... o desenvolvimento deste projeto. À todos os amigos que fiz no SMM, em especial ao Bruno Castilho e Rafael Paiotti por toda ajuda e colaboração neste tempo de convívio. Também aos alunos de iniciação científica Maurício Kubota e Maiara Moreno. À Silvia Cucatti, Vinícius Antunes e ao Prof. Dr. Fernando Alvarez do IFGW da Unicamp pela gentileza na realização de algumas medidas de nanodureza e empréstimo da cortadeira. Aos meus pais, Ivone e Osvaldo, e irmãos, Bruna e Paulo, por todo incentivo, paciência e exemplos, assim como, ao meu esposo, Leandro, por toda compreensão e apoio. E por fim, minha gratidão a Deus pois nada disto teria sido possível sem que o Senhor tivesse nos escolhido e dado condições necessárias para concluir mais esta etapa. RESUMO GUIMARÃES, M. C. R. Deposição e caracterização de filmes finos de CrN depositados por diferentes processos de magnetron sputtering. 2017. 117f. Dissertação (Mestrado) -Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2017. O PVD (Physical Vapor Deposition-Deposição física na fase de vapor) é um meio utilizado para a produção de recobrimentos e empregado em grande escala industrial. É um processo de deposição atômica no qual o material é vaporizado de alvo sólido por sputtering e posteriormente condensado sobre a peça a ser revestida na forma de filme. O processo ocorre em uma câmara de vácuo, na presença de plasma, e por diferença de potencial os íons, na forma pura ou combinados com átomos de hidrogênio ou carbono, são movidos para a superfície do substrato. Uma técnica relativamente nova de sputtering é o HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) que utiliza impulsos de energia extremamente altas com densidade de potência possibilitando filmes com melhores performances e mais densos. No presente trabalho filmes de nitreto de cromo (CrN) foram depositados por duas técnicas de magnetron sputtering, HiPIMS e DCMS (Direct Current Magnetron Sputtering), variando frequência de pulso em 400 Hz, 450 Hz e 500 Hz para o HiPIMS e a tensão de polarização em 0 V, -20 V, -40V, -60V, -100 V e -140 V para os dois processos. Foram obtidos filmes com maior dureza, menor rugosidade para HiPIMS, no entanto DCMS apresentou maior taxa de deposição. O aumento da frequência nos filmes HiPIMS, assim como o aumento da tensão de polarização negativa possibilitaram filmes com morfologia mais densa e homogênea. Este fato também foi observado com o aumento do valor de bias nos filmes depositados por DCMS. Os valores de dureza obtidos (17 ± 2 para DCMS e 26 ± 1 para HiPIMS) são superiores aos reportados na literatura e podem estar relacionados ao efeito de "multicamadas" obtido pela oscilação do substrato. Palavras-chave: Finos Finos. CrN. Magnetron Sputtering. HiPIMS. ABSTRACT GUIMARÃES, M. C. R. Deposition and characterization of CrN thin films deposited by different magnetron sputtering processes. 2017. 117f. Dissertação (Mestrado) -Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2017. PVD (Physical Vapor Deposition) is a process used for coatings deposition and it is used on a large industrial scale. It is an atomic deposition process in which the material is vaporized from solid target by sputtering and then condensed onto the part to be coated in film form. The process occurs in a vacuum chamber in the presence of plasma, and by potential difference the ions in pure form or combined with hydrogen or carbon atoms are moved to the surface of the substrate. A relatively new sputtering technique is the HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) which uses extremely high energy pulses with power density to enable higher performance and denser films. In the present work, chromium nitride (CrN) films were deposited by two magnetron sputtering techniques, HiPIMS and DCMS (Direct Current Magnetron Sputtering), varying the pulse frequency at 400 Hz, 450 Hz and 500 Hz for the HiPIMS and the bias at 0 V, -20 V, -40 V, -60 V, -100 V and -140 V for both processes. It was obtained films with high hardness, less roughness for HiPIMS, however DCMS presented a higher rate of deposition. The increase of the frequency in the HiPIMS films, as well as the increase of the negative polarization voltage, allowed films with denser and homogeneous morphology. This fact was also observed with the increase of the value in the films deposited by DCMS. The hardness values obtained (17 ± 2 for DCMS and 26 ± 1 for HiPIMS) were higher than those reported in the literature and may be related to the "multilayer" effect obtained by substrate oscillation.
doi:10.11606/d.18.2017.tde-17112017-104317 fatcat:rri4zbdc4jgjnnfzq4ucdoq5qe