Desenvolvimento de microaquecedores MEMS, para deposição de filmes finos, pela técnica LPCVD, em áreas micrométricas. - Oliveira, Ricardo Aparecido Rodrigues de (2022)
A capacidade de controlar temperaturas em regiões específicas e localizadas tem permitido muitas possibilidades de desenvolvimentos na ciência e na engenharia, apresentando claras vantagens como eficiência energética, rápida resposta térmica e seletividade de processos, sendo aplicados em áreas como sensoriamento de gás, analises biológicas, dispositivos elétricos e mecânicos. Mais especificamente, sistemas microfluídicos têm sido um dos principais impulsionadores para o desenvolvimento de microaquecedores com aplicação em laboratório em chip e outras aplicações biológicas como as de análise bioquímica, amplificação de DNA, cultura celular e dispositivos vestíveis. Por outro lado, a seletividade da região de aquecimento mostra-se muito promissora e, portanto, tem sido objeto de pesquisa para uma melhor compreensão da geometria do microaquecedor e seu efeito sobre a temperatura desejada. Dessa forma, a aplicação de microaquecedores para deposição de filmes finos é um campo emergente que pode trazer novas possibilidades de projetos para novos materiais, de dispositivos sensores e dispositivos microeletrônicos. Neste sentido, o presente trabalho visou o estudo e produção de regiões de aquecimento localizado, com dimensões de algumas dezenas de micrometros e a sua aplicação na obtenção de novos materiais. Para isso foram desenvolvidos microaquecedores de cromo (Cr) em substratos de silício cristalino, utilizando a tecnologia MEMS (sistemas micro eletromecânicos), os quais foram testados na deposição de filmes finos de silício e carbono pela técnica de deposição química em fase vapor em baixa pressão (ou LPCVD, de Low Pressure Chemical Vapor Deposition). Assim sendo, o crescimento localizado de filmes finos utilizando a técnica proposta foi testada com sucesso na produção de carbono amorfo para temperaturas na faixa de 510°C a 628°C. Os resultados mostraram o crescimento de material com frequencias de absorção de primeira ordem entre 1000 cm-1 e 1800 cm-1, relacionadas a bandas vibracionais D e G. Também foram obtidos filmes de silício microcristalino para temperaturas na faixa de 739°C a 1250°C. Os resultados mostraram uma forte correlação entre o gradiente de temperatura através dos microaquecedores (obtido por simulação Multifísica em ANSYS) e as propriedades dos filmes de carbono e de Si obtidos. Os microaquecedores se mostraram promissores para obtenção destes materiais apresentando grande vantagem no baixo consumo de energia, entre 0,34W e 1,67W, bom confinamento térmico e rápida resposta térmica atingindo a temperatura ambiente, quando cessada a polarização, em menos de 1(hum) minuto. De modo geral, os microaquecedores MEMS obtidos apresentaram 5 (cinco) principais vantagens: (I) Região de aquecimento muito localizada, (II) Elevados alcances de temperaturas tão altas quanto 1000oC, (III) Rápidos tempos de aquecimento e resfriamento, (IV) baixo consumo de energia e (V) boa estabilidade mecânica.