Deposição por plasma de arco catódico

Através desta técnica é possível depositar filmes finos de metais, óxidos, nitretos, carbetos e de diamond-like livre de hidrogênio. O equipamento ainda permite implantação iônica de baixa energia através de aplicação de polarização no porta objeto.

O equipamento consiste basicamente de um canhão de plasma, filtro de partículas e porta amostras dentro de uma câmara de vácuo. O vácuo necessário para o processo de deposição é da ordem de 10^-6 torr, obtido com uso de uma bomba criogênica depois de feito o pré-vácuo (10^-2 torr) através de uma bomba mecânica.

O canhão de plasma é formado por um catodo no formato de bastão, feito do material do qual se deseja obter o filme, envolto em uma capa cerâmica dentro de um anodo cilíndrico de aço inoxidável. Um gatilho dispara uma descarga pulsada entre catodo e anodo, provocando um faiscamento distribuído aleatoriamente na superfície do catodo (cathode spots), gerando o plasma de seu material. O anodo é passivo, agindo como um coletor de elétrons. A corrente de arco do plasma é de 200 A, com duração do arco de 5 ms. O plasma é então focalizado por um campo magnético axial gerado por uma bobina enrolada no próprio anodo, em série com o canhão, de forma que a corrente de descarga passe por ela.

Esquema do canhão e plasma passando pelo filtro de partículas

O filtro de partículas consiste de uma bobina enrolada na forma de um tubo metálico curvado como um quarto de toróide, também ligada em série com o canhão de plasma. Assim a corrente de descarga passa por essa bobina, gerando um campo típico de 10 mT em seu centro. O arco de plasma é guiado por este campo até o substrato posicionado na saída do filtro de partículas. As micropartículas, também ejetadas do catodo, terão trajetórias praticamente retas devido à sua grande inércia, chocando-se com as paredes do filtro. Assim, a deposição do filme ocorre livre de contaminação dessas micropartículas, com excelente homogeneidade e alta pureza.

Portanto, para a deposição de um filme metálico basta colocar o catodo do material desejado para o filme. Para deposição de diamond-like, usa-se um catodo de grafite e polarização aplicada ao substrato. No caso de óxidos e nitretos, utiliza-se atmosfera de O₂ ou N₂, respectivamente, com entrada e saída contínuas do gás reagente, de forma a se obter pressão dinâmica em torno de 10^-4 a 10^-5 torr. Ligas metálicas e carbetos são depositados com o uso de dois canhões de plasma funcionando simultaneamente.

Canhão de Plasma de Catodo Oco

Plasma de silício pulsado em conjunto com plasma contínuo de nitrogênio

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Este canhão de plasma, próprio para ionização de gases, pode ser utilizado em conjunto com o canhão de plasma por arco catódico para formação de óxidos, nitretos, fluoretos, entre outros. Também pode ser utilizado para gerar terminações química em superfícies

Este canhão de plasma simples e de baixo custo, mas extremamente útil, foi projetado por nossos colaboradores de Tomsky.

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