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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AERONÁUTICA
Laboratório de Plasmas e Processos
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➢Plasmas – básico/revisão
➢Descarga Luminescente
➢Estrutura da descarga
➢Bainha
➢Plasma DC
➢Plasma RF
➢Magnetron
➢Aplicações em Filmes Finos
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➢ Ionização do gás
➢ Emissão secundária de e-
➢ Efeito cascata
➢ Recombinação (emissão Luz)
➢ Sustentação
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➢ Tensão de Ruptura
➢ Ignição do plasma
➢ 102 Pa ~ 1 Torr
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➢Regimes Corrente–Tensão
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Descarga Luminescente:
➢ Quase neutralidade → n+ ≈ ne (exceto bainha!)
➢ Velocidade dos elétrons (ve) >> velocidade dos íons (vi) = vel. dos átomos neutros (gás)
ne = número de elétrons / volume (densidade de elétrons)
n+ = número de íons / volume (densidade de íons)
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Descarga Luminescente:
➢ Densidade de Plasma (ne) da ordem de 1010 cm-3 podendo chegar a 1012 cm-3
➢ Uma descarga em p = 1 Torr (n ~ 1016 cm-3) → fração ionizada ~ 10-4 a 10-6
→ somente 1 íon para cada 1.000 a 100.000 espécies neutras
ne = número de elétrons / volume (densidade de elétrons)
n+ = número de íons / volume (densidade de íons)
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Comprimento de Debye
Traduzindo: lD = raio de ação do potencial elétrico de cada íon
Plasma típico (ne = 1010 cm-3, Te = 3 eV): lD ~ 0,01 cm (100 mm)
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➢ Eletrodos paralelos
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➢ Eletrodos paralelos
➢ Perfil de potencial
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➢ Eletrodos paralelos
➢ Perfil de potencial
➢ Bainha
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Bainha no catodo:
➢ Região escura (ausência de e- não há recombinação)
➢ Queda brusca de tensão → aceleração dos íons contra a superfície
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Bainha no catodo:
➢ Largura depende fortemente da pressão e da tensão aplicada
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Problemas/Desvantagens
➢ Baixa eficiência de ionização
➢ Valores de pressão e tensão bem limitados para sustentar descarga
➢ Carregamento de alvos ou superfícies isolantes
➢ Geração de arco
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➢Frequência 13,56 MHz
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Auto-Bias (DC-Bias ou Bias-Voltage)
➢ Assimetria de eletrodos
➢ Elétrons mais rápidos
➢ Corrente de elétrons consegue acompanhar o ciclo RF e é drenada pelos eletrodos de forma igual, não importando sua área
➢ Corrente de íons (maior inércia) é drenada mais efetivamente pelos eletrodos de maior área
➢ Eletrodo com menor área assume potencial DC (Vd) NEGATIVO
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➢ Projeto genérico de Sensor de DC-Bias
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➢ Acoplamento – transferência de potência
➢ CASADOR DE IMPEDÂNCIA
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Vantagens
➢ Maior eficiência de ionização
➢ Neutralização de acúmulo de cargas de superfícies (alvos) isolantes (chuva de e-)
➢ Redução das ocorrências de arco (chuva de elétrons)
➢ Sustenta plasma em mais baixas pressões (até 10 mTorr)
➢ Descarga em forma de antena – indutivo
Desvantagens/Cuidados
➢ Espalha plasma por toda a câmara
➢ Aterramento e isolação pode ser desafiador
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➢ Aprisionamento de elétrons pela aplicação de campo magnético com forte componente paralela à superfície do eletrodo/alvo
➢ Aumento do grau de ionização do plasma
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Vantagens
➢ Maior eficiência de ionização na proximidade do alvo/eletrodo
➢ Confinamento de plasma na vizinhança do alvo/eletrodo
➢ Aumento do limite inferior de pressões (até 1 mTorr)
Desvantagens/Cuidados
➢ Erosão não uniforme (formação de trilha)
➢ Materiais ferromagnéticos aprisionam as linhas de campo
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Limpeza/Polimento de Superfície/Substrato
➢ RIE (Reactive Ion Etching)
Geração de Precursores
➢ Ion Beam
➢ Sputtering
Reação/Ativação
➢ PECVD (Plasma Enhanced CVD)
➢ PEALD (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)
➢ ARE (Activated Reactive Evaporation)
Pós-tratamento/Modificação
➢ Implantação iônica
➢ Ativação de superfície em pós-descarga
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Exemplos
➢ Ion Beam
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Exemplos
➢ Sputtering
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Exemplos
➢ PECVD/PEALD
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Exemplos
➢ ARE
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Capítulo 8:
Exercícios 4,
Capítulo 9:
Exercícios 1, 4, 13
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