Deposição de filmes finos multicamadas SiO2/Al2O3 por deposição atômica assistida à plasma - Spigarollo, Danielle Cristina Fernandes da Silva (2023)
A corrosão de materiais metálicos, como o aço, tem sido uma grande preocupação dos países desenvolvidos onde há uma grande utilização desse material. A argila montmorilonita (MMT), um argilomineral composto basicamente por camadas lamelares de SiO2 e Al2O3 intercaladas, é abundante em nosso país e vem sendo estudada como aditivo na proteção à corrosão. Por outro lado, a busca por novas técnicas de tratamento de superfície eficientes e com elevada qualidade tem aumentado a procura por tratamentos a plasma e ALD (atomic layer deposition). Neste trabalho propõe-se o desenvolvimento de uma rota de deposição menos energética para produção de camadas SiOx a partir do PEALD (plasma enhanced atomic layer deposition) de um precursor ainda pouco estudado, o tris(dimetilamino)silano (TDMAS). Com isto, propõe-se desenvolver um processo de deposição de filmes tipo MMT intercalando-se as camadas de SiOx otimizadas e de Al2O3, visando avaliar os mecanismos de proteção destas camadas contra a corrosão metálica. Foram estudadas as condições de deposição de filmes a base de silício em aço AISI 1020 e alumínio, avaliando-se a melhor condição para essa deposição. Foi ainda depositada uma camada de Al2O3 em aço AISI 1020 e silício, e avaliadas as características do filme. A deposição de Al2O3 foi realizada utilizado o trimetilalumínio (TMA) e vapor d’água como precursores à temperatura de 150°C. Para a deposição das camadas de SiOx foi utilizado o TDMAS na etapa de deposição e plasma de O2 para oxidação. Para os filmes à base de silício foram avaliados os efeitos de tempo de purga do precursor, do tempo de plasma de oxidação e da composição química do plasma de oxidação (O2 ou O2 + Ar) nas propriedades do filme. A presença de Ar no plasma e o menor tempo de plasma de O2 favoreceram a formação de um filme de SiOx, permitindo a total quebra das ligações metil-amino do precursor utilizado. Pequenas contaminações de C encontradas nos filmes foram atribuídas a susceptibilidade de reincorporação provenientes de reações pós-deposição, ou à captura desses grupos atmosféricos quando a amostra é exposta ao ar. A taxa de deposição do filme de Al2O3 foi de 1,5 Å/ciclo, e apresentou características de um filme amorfo, com estrutura regular recobrindo toda superfície. O filme multicamada foi depositado utilizando-se a melhor condição de deposição para o SiOx via PEALD e o procedimento já conhecido para Al2O3. Foram depositadas duas camadas de SiO2 intercaladas com uma de Al2O3, com 50 nm cada. Avaliou-se as propriedades de proteção à corrosão dos filmes via espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Os filmes de SiO2, Al2O3 e multicamadas apresentaram valores de impedância de 6,8 x 104, 2,3 x 104 e 2,0 x 104 Ω.cm² respectivamente. O filme de SiO2 apresentou duas constantes de tempo, uma em alta frequência e outra em baixa frequência, mostrando que o mecanismo de corrosão para cada filme é diferente, e que a estrutura do SiOx tem forte influência nas propriedades do filme multicamadas