Espectroscopia óptica de emissão em plasmas frios aplicados à produção de materiais nanoestruturados

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Física

Pretendeu-se com este programa de trabalhos a implementação de uma configuração experimental e de um método para o estudo espectroscópico da emissividade ótica de plasmas frios em cátodos magnetrão, nomeadamente para plasmas utilizados na produção de filmes de materiais nanoestruturados por pulverização catódica RF. Este projeto envolveu o desenvolvimento de um sistema ótico para coletar e transportar a luz emitida na descarga através de uma fibra ótica para um espectrómetro, AvaSpec-3648-USB2 7.0 da Avantes, bem como o desenvolvimento de uma ferramenta em LabVIEW (Versão 10.0, 32-bit) para controlo do espectrómetro e aquisição dos espectros de emissão. Esta técnica foi utilizada ao longo das séries de deposições de filmes de óxidos mistos do tipo (A=Ho, Sm e ), a partir de alvos de pós compactados, tendo os espectros obtidos sido analisados de forma a tentar relacionar a informação da emissão espectroscópica dos diferentes compostos em fase gasosa no plasma com a composição do alvo. A deposição desses materiais a partir de alvos de pós compactados é de carácter inovador; o cátodo utilizado na deposição dos filmes foi desenhado e implementado no LPA (Laboratório de Plasmas e Aplicações/Linha 2 do CEFITEC), especificamente para suportar este tipo de alvos. Não foram encontrados na literatura referências para os espectros óticos de emissão obtidos nas deposições realizadas. Nos espetros obtidos conseguiram-se identificar picos de árgon, gás de trabalho utilizado nas descargas. Uma análise exaustiva da evolução dos picos não identificados com a percentagem de substituição de cálcio por hólmio ou samário permitiu detetar alguns comportamentos com o aumento desta percentagem, associando estes picos aos compostos depositados. Contudo ficou verificado experimentalmente que para descargas RF de baixas potências como as efetuadas, esta técnica não demonstrou ter resolução suficiente para se obterem resultados conclusivos. Esta tese encontra-se organizada em 4 capítulos com os seguintes conteúdos: O capítulo 1 é uma secção introdutória onde se aborda o tema das descargas luminescentes anómalas, deposição catódica e espectroscopia ótica de emissão. Este capítulo apresenta conceitos e alguma teoria necessária ao desenvolvimento dos trabalhos apresentados nos capítulos seguintes. No capítulo 2 são apresentados os diversos sistemas utilizados na realização do trabalho experimental. Numa primeira fase apresenta-se o sistema de deposição de filmes por pulverização catódica. Numa segunda fase são descritas as modificações efetuadas a este sistema, necessárias para a implementação de um sistema de espectroscopia ótica de emissão, e apresenta-se o método de implementação deste sistema e a sua constituição. No capítulo 3 é descrito o método abordado para tratamento dos espectros de emissão obtidos nas descargas, apresentando-se os resultados obtidos e a respetiva análise bem como as conclusões retiradas. No capítulo 4 são apresentadas as conclusões referentes ao trabalho realizado. Seguindo a estes capítulos são apresentadas as perspetivas futuras para este projeto.