Instrumentação e automação de um sistema de RF magnetron sputtering para produção de recobrimentos nanoestruturados

Este trabalho apresenta o desenvolvimento do controle e automação de um sistema de deposição de filmes finos por pulverização catódica assistida por radio frequência (RFMS) com geometria de magnetrons opostos, também conhecido como RAMS (Right Angle Magnetron Sputtering). O sistema de controle proposto visa aumentar a reprodutibilidade de filmes finos de biomateriais como a hidroxiapatita produzidos por RAMS. Uma sonda de Langmuir foi construída e também automatizada para caracterizar a energia do plasma gerado durante o processo de sputtering, correlacionando as medidas de temperatura efetiva dos elétrons (Teff) e densidade de elétrons (ne) com a estequiometria química e estrutura cristalográfica dos filmes produzidos. O programa de controle da sonda foi integrado ao programa de controle do sistema de deposição. Este pacote de software foi denominado de RAMS Control System. A taxa de deposição é um parâmetro de entrada do programa RAMS. Esta taxa é calibrada para um material alvo específico, em um processo de sputtering submetido a uma predeterminada condição experimental. Para otimizar a obtenção deste parâmetro foi desenvolvido o programa XRR Easy Thickness que analisa curvas de refletividade de raios-x (XRR) medidas em filmes finos, determinando sua espessura e taxa de deposição de forma rápida e segura. Para testar o controle e automação do sistema RAMS foram depositados filmes nanométricos de hidroxiapatita, variando-se a distância catodo-substrato. Os filmes obtidos apresentaram uma variação de espessura dentro do erro experimental de ±0, 5nm, atestando a reprodutibilidade do sistema desenvolvido. Pelo correto ajuste da energia do plasma em 6eV foi possível a produção de filmes nanométricos cristalinos de HAP por RAMS, a temperatura ambiente, sem a necessidade de tratamentos térmicos posteriores, conforme verificado nos difratogramas de raios-x. Os resultados adequados de temperatura de elétrons Teff = 11, 8eV e densidade de elétrons ne = 2, 0 ・ 1015m−3 foram obtidos a partir das medidas da sonda de Langmuir. Este trabalho gerou uma publicação em Notas Técnicas do CBPF, duas patentes de software registradas no INPI e uma publicação internacional em revista indexada de alto impacto.