A tensão nas películas finas pulverizadas é influenciada principalmente por vários factores, incluindo os parâmetros do processo de deposição, as propriedades do material e a interação entre a película e o substrato. A tensão em películas finas pode ser calculada utilizando a fórmula:
σ = E x α x (T - T0)
onde:
- σ é a tensão da película fina.
- E é o módulo de Young do material da película fina, que mede a rigidez do material.
- α é o coeficiente de expansão térmica do material da película fina, indicando o quanto o material se expande ou contrai com as mudanças de temperatura.
- T é a temperatura do substrato durante a deposição.
- T0 é o coeficiente de expansão térmica do material do substrato.
Esta fórmula mostra que a tensão na película fina é diretamente proporcional ao produto do módulo de Young e da diferença de expansão térmica entre a película e o substrato, escalonada pela diferença de temperatura durante a deposição. Isto indica que os materiais com um módulo de Young elevado e/ou grandes diferenças nos coeficientes de expansão térmica sofrerão uma tensão mais elevada.
O próprio processo de deposição também desempenha um papel crucial na determinação dos níveis de tensão nas películas finas. A pulverização catódica, sendo um processo assistido por plasma, envolve não só átomos neutros mas também espécies carregadas que atingem a superfície da película em crescimento. A relação entre o fluxo de iões e o fluxo de átomos (Ji/Ja) afecta significativamente a microestrutura e a morfologia da película, o que, por sua vez, influencia a tensão residual. Um bombardeamento iónico elevado pode levar a um aumento da tensão devido à energia adicional transmitida à película.
Além disso, a taxa de deposição, controlada por parâmetros como a potência e a pressão, afecta a uniformidade e a espessura da película, o que pode influenciar a tensão. Uma taxa de deposição elevada pode conduzir a tensões mais elevadas devido à rápida acumulação da película e a potenciais desfasamentos entre a rede e o substrato.
Os defeitos da película, como inclusões de gases indesejados ou crescimento irregular do grão, também podem contribuir para a tensão. Estes defeitos podem criar pontos de tensão localizados que podem levar a fissuras ou delaminação se não forem geridos corretamente.
Em resumo, a tensão nas películas finas pulverizadas é uma interação complexa das propriedades do material, dos parâmetros do processo de deposição e da interação entre a película e o substrato. A gestão destes factores através de uma seleção cuidadosa das definições de deposição e dos tratamentos pós-deposição é crucial para controlar a tensão e garantir a integridade e o desempenho das películas finas.
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