Orientador: Mário Antônio Bica de Moraes

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Filmes isolantes de polímeros orgânicos e filmes compósitos de polímero e metal foram preparados em descargas de gases orgânicos em vácuo. Os filmes isolantes foram depositados em descargas DC e RF de acetileno, etano, propano e benzeno enquanto que os filmes compósitos foram obtidos numa...

Resumo: Filmes isolantes de polímeros orgânicos e filmes compósitos de polímero e metal foram preparados em descargas de gases orgânicos em vácuo. Os filmes isolantes foram depositados em descargas DC e RF de acetileno, etano, propano e benzeno enquanto que os filmes compósitos foram obtidos numa descarga DC de uma mistura de acetileno e argônio. Neste caso, átomos ejetados do cátodo são co-depositados com o polímero. Níquel, ouro e prata foram utilizados como material do cátodo. A composição, a estrutura química, a morfologia e as propriedades ópticas e elétricas destes filmes são descritos nesta tese. A taxa de erosão dos polímeros utilizando um plasma RF de oxigênio foi também investigada. Dois sistemas de vácuo foram utilizados para a deposição dos filmes. Num dos sistemas, o sistema DC, a descarga luminescente foi produzida entre dois eletrodos circulares e paralelos conectados a uma fonte DC. No outro sistema, o sistema RF, a descarga foi mantida num reator tubular de vidro por meio de dois eletrodos anulares externos conectados a uma fonte RF. Inicialmente o processo de deposição foi caracterizado nos dois sistemas através das medidas da taxa de deposição em função da pressão do gás, fluxo e potência aplicada à descarga. Diversas modificações foram feitas nos sistemas com a finalidade de otimizar as taxas de deposição. A estrutura química do acetileno, etano, propano e benzeno polimerizados a plasma foi estudada por espectroscopia de transmissão na faixa ultravioleta-visivel, foram determinadas as constantes ópticas n e k, o coeficiente de absorção e o gap óptico de alguns dos polímeros obtidos. Cálculos envolvendo estes parâmetros permitiram alguma visualização da estrutura de bandas eletrônicas destes materiais. Observações por microscopia eletrônica de transmissão nos filmes compósitos de acetileno polimerizado a plasma. Com níquel, ouro e prata mostraram uma distribuição de pequenas partículas embebidas na matriz polimérica. O tamanho das partículas e a proporção do metal nestes filmes foi determinada e mostrou-se dependente dos parâmetros de deposição. O transporte de carga nos filmes foi estudado através de medições da condutividade elétrica em função da temperatura. A mobilidade de portadores, densidade e constante de Hall foram também medidas. Do espectro de transmissão ultravioleta-visivel foram determinadas as constantes ópticas de um compósito. Os resultados das medidas de transmitância se ajustam muito bem aos cálculos teóricos utilizando a teoria de Maxwell Garnett

Abstract: Insulating organics polymer films and conducting composite polymer-metal films were prepared in plasmas of organics gases in vacuum. The insulating films were deposited in DC and RF discharges of acetylene, ethane, propane and benzene while the composite films were obtained in DC...

Abstract: Insulating organics polymer films and conducting composite polymer-metal films were prepared in plasmas of organics gases in vacuum. The insulating films were deposited in DC and RF discharges of acetylene, ethane, propane and benzene while the composite films were obtained in DC discharges of a mixture of acetylene and argon. In this case, sputtered metal atoms from cathode were co-deposited on the polymer films. Niquel, gold and silver have been used as cathode materials. The composition, the chemical structure, the morphology and the electrical and optical properties of these films were studied and the results are presented in this thesis. The etch rate by an oxygen RF plasma was also investigated. Two vacuum systems have been used. In one of them, the DC system, the glow discharge was produced between two circular parallel electrodes connected to a DC power supply. In the other one, the RF system, the discharge was sustained in a glass tubular reactor by means of two, external ring electrodes capacitively connected to a RF source. Initially, the deposition process was characterized in both systems by measurements of the rate of deposition as a function of gas pressure, gas flow and applied power to the discharge. Several improvements were made in the systems in order to achive higher deposition rates. The chemical structure of plasma polymerized acetylene, ethane, propane and benzene were studied by infrared transmission spectroscopy. By means of ultraviolet-visible transmission measurements, the optical constants n and k, the absorption coefficient and the optical gap of some of the polymers have been determined. Computations involving these parameters have led to some insights in the electronic band structure of these materials. Transmission electron microscopy observations in composite films of plasma polymerized acetylene incorporated with nickel, gold and silver have shown a distributions of small metal particles imbedded in the polymer matrix. The size and proportion of metal in these films were found to depend on the deposition parameters. The charge transport, in these films was studied from electrical condutivity measurements as a function of temperature. Carrier mobility, density and Hall constants were also measured. From ultraviolet-visible transmission spectra the optical constants of some of the composite films were determined. The measured transmittance data were found to be in excellent agreement with the theoretical calculations using the Maxwell Garnett theory