Sabe-se que a deposição por camadas atômicas (ALD) de óxidos metálicos, em especial da alumina (Al2O3), quando operada em modo térmico (150ºC), tem uso frequente da água deionizada como precursor oxidante do precursor metálico, i.e. o trimetilalumínio (TMA). No entanto, a taxa de crescimento por ciclo (GPC) do filme de Al2O3 para TMA + H2O é limitada a no máximo 0,100 nm/ciclo dentro da “janela ALD”. Diversas são as modificações feitas no pulso oxidante do processo de ALD térmico para aumentar a GPC, onde dentre elas pode-se citar a assistência com uso de plasma de oxigênio (PEALD) ou de ozônio. Estas técnicas são denominadas na literatura como ALD melhorado por energia (energy-enhanced ALD) pelo fato de os precursores fornecerem uma maior energia de ativação durante o processo de oxidação do precursor metálico, TMA, e por conseguinte permitir uma maior eficiência de geracão de sítios ativos para posteriores reações. Dentro deste escopo, neste trabalho de mestrado, propõe-se pela primeira vez a nível de literatura mundial o uso indireto do plasma no processo de oxidação do ALD, ou seja, a deposição por camada atômica assistida por água ativada a plasma (Plasma-activated water-enhanced atomic layer deposition (PAW-E-ALD)). Esta recente linha de pesquisa que faz uso da tecnologia de plasma atmosférico para ativar líquidos através de modificações em sua composição química, como por exemplo na mudança de pH, geralmente para ácido, tem mostrado grande potencial a nível de aplicações na medicina, odontologia e agricultura. Assim, almejou-se neste trabalho verificar a capacidade da PAW em realizar a etapa oxidativa da molécula de TMA durante a formação do Al2O3 em ALD térmico. Para ativação da água DI foi utilizado um sistema de jato de plasma tipo “Gliding Arc” ou “Arco deslizante” operando em pressão atmosférica com ar comprimido e fluxo de 5 L/min. Foram obtidas PAWs com pH de 3,6 (amostra PAW 3.6), 3,1 (amostra PAW 3.0) e 2,7 (amostra PAW 2.7). Com estas condições foram determinados o GPC para tais amostras além da amostra controle (água DI, pH = 6,7), que foram GPCcontrole = 0,100 nm/ciclo, GPCPAW 3.5 = 0,110 nm/ciclo, GPCPAW 3.0 = 0,120 nm/ciclo e GPCPAW 2.5 = 0,105 nm/ciclo. Este resultado demonstra a capacidade da PAW em melhorar a taxa de crescimento da Al2O3 ALD em até 17%, que é comparável a um processo PEALD, fato que evidencia o efeito indireto do plasma também é válido para processo de formação de filmes finos ALD. Próximas etapas de estudo foram focados na cinética de reação entre o TMA e a PAW in situ via espectrometria de massas, e estudos ex-situ da química e morfologia do filme formado para diferentes números de ciclo e pH pelas técnicas de FT-IR, XPS, EDS e FEG/SEM.
Confira o resumo do currículo dos homenageados e dos seus orientadores:
João Pedro Magalhães Chaves: Possui graduação em Interdisciplinar em Ciência e Tecnologia (2018) e graduação em Engenharia Física (2019), pela Universidade Federal do Oeste do Pará – UFOPA e Mestrando Física de Plasmas (2020) pelo Instituto Tecnológico da Aeronáutica. Tem experiência na área de Engenharia Física e Física de Plasmas, com ênfase na obtenção experimental de nanomateriais compostos de ZnO, Al2O3 e TiO2.
Prof. Dr. Rodrigo Sávio: Possui graduação em Física pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (2003), mestrado (2005) e doutorado (2009) em Ciências na área de Física de Plasmas pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica. Atualmente é professor do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) e professor colaborador na Universidade Estadual Paulista “Julio de Mesquita Filho” (UNESP) e na Universidade Brasil. Tem experiência na área de Física, com ênfase em Física de Plasmas e Física da Matéria Condensada, e nas áreas de Engenharia Aeroespacial e Engenharia Biomédica, atuando principalmente nos seguintes temas: processos de deposição de filmes finos (physical vapor deposition, chemical vapor deposition, atomic layer deposition) e corrosão de materiais por plasmas (reactive ion etching, inductively coupled plasma, catodo oco), tratamento de superfícies por plasmas (plasma microondas, microplasmas), técnicas de caracterização de materiais, técnicas de diagnóstico do plasma, simulação de plasmas frios, tecnologias assistidas a plasmas para engenharia biomédica e células solares. Tem interesse em novos tipos de reatores a plasmas, materiais e processos para microeletrônica e nanotecnologia, engenharia aeronáutica/aeroespacial, fontes de energia renovável com foco no desenvolvimento de novos materiais, dispositivos micro-eletromecânicos (MEMS) e aplicações de plasma na medicina e agricultura. Nestes temas e em temas correlatos orientou 13 trabalhos de mestrado e 9 de doutorado. Possui 2 patentes, 105 artigos, 23 capítulos de livro publicados e 4 livros editados, mais de 320 trabalhos publicados em anais de conferências nacionais e internacionais. Índice H = 16 (Scopus) e H = 20 (Google Scholar).
Prof. Dr. Argemiro Sobrinho: Possui graduação em Bacharel Em Física pela Universidade Estadual de Maringá (1990), mestrado em Física pela Universidade Federal de Santa Catarina (1994) e doutorado em Genie Physique pela Ecole Polytechnique de Montreal (1999). Atualmente é professor Associado do Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA. Tem experiência na área de Física, com ênfase em Física de Plasmas e Descargas Elétricas, atuando principalmente nos seguintes temas: Processamento de materiais por plasma em pressão baixa e pressão atmosférica, desenvolvimento de sensores SAW, tratamento de superfícies de materiais poliméricos, metálicos e compósitos, aplicações de ozônio em tratamento de água, esgoto e desinfecções, desenvolvimento de reatores a plasma.
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