O tipo de sistema de pulverização catódica normalmente utilizado para depositar películas finas de ZnO é o sistema de pulverização catódica por magnetrão. Este sistema funciona através da criação de um plasma numa câmara de vácuo onde os iões de árgon são acelerados em direção a um alvo (neste caso o ZnO) por um campo elétrico. Os iões de alta energia colidem com o alvo, fazendo com que os átomos de ZnO sejam ejectados e subsequentemente depositados num substrato.
Princípio de funcionamento do sistema de pulverização catódica por magnetrão:
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Configuração da câmara de vácuo: O processo começa com a colocação do substrato e do alvo de ZnO no interior de uma câmara de vácuo. A câmara é então preenchida com um gás inerte, normalmente árgon, a baixa pressão. Este ambiente evita quaisquer reacções químicas indesejadas e assegura que as partículas pulverizadas possam viajar até ao substrato sem colisões significativas.
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Criação do plasma: É aplicado um campo elétrico através da câmara, normalmente ligando o alvo de ZnO a uma tensão negativa e a parede da câmara a uma tensão positiva. Esta configuração atrai iões de árgon com carga positiva para o alvo. A colisão destes iões com a superfície do alvo liberta átomos de ZnO através de um processo designado por pulverização catódica.
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Deposição de ZnO: Os átomos de ZnO libertados viajam através do plasma e depositam-se no substrato, formando uma película fina. A taxa de deposição e a uniformidade podem ser controladas ajustando a potência aplicada ao alvo, a pressão do gás e a distância entre o alvo e o substrato.
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Controlo e otimização: Para otimizar o processo de deposição, podem ser ajustados vários parâmetros, tais como a temperatura do substrato, a mistura de gases (por exemplo, adição de oxigénio para pulverização reactiva para melhorar as propriedades do ZnO) e a utilização de uma polarização do substrato para controlar a energia dos átomos em deposição.
Explicação do diagrama:
- Alvo: Alvo de ZnO ligado a uma fonte de tensão negativa.
- Substrato: Posicionado em frente ao alvo, normalmente num suporte que pode ser aquecido ou arrefecido conforme necessário.
- Câmara de vácuo: Contém o alvo, o substrato e está cheia de gás árgon.
- Fonte de alimentação: Fornece a tensão negativa ao alvo, criando o campo elétrico.
- Bombas: Mantêm o vácuo, removendo os gases da câmara.
- Visores e sensores: Permitem a monitorização e o controlo das condições do processo.
Esta configuração garante que as películas finas de ZnO podem ser depositadas com elevada pureza e propriedades controladas, tornando a pulverização catódica magnetrónica um método eficaz para várias aplicações, incluindo eletrónica e células solares.
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