Os filmes finos continuam atraindo a atenção dos pesquisadores. Este artigo apresenta pesquisas atuais e mais aprofundadas sobre suas aplicações, métodos de deposição variável e usos futuros.
“Filme” é um termo relativo para um material bidimensional (2D) que é muito mais fino que seu substrato, seja para cobrir o substrato ou para ser imprensado entre duas superfícies. Nas aplicações industriais atuais, a espessura desses filmes finos normalmente varia de dimensões atômicas subnanométricas (nm) (isto é, <1 nm) a vários micrômetros (μm). O grafeno de camada única tem a espessura de um átomo de carbono (ou seja, ~0,335 nm).
Os filmes foram usados para fins decorativos e pictóricos em tempos pré-históricos. Hoje, itens de luxo e joias são revestidos com finas películas de metais preciosos como bronze, prata, ouro e platina.
A aplicação mais comum de filmes é a proteção física de superfícies contra abrasão, impacto, arranhões, erosão e abrasões. Camadas de carbono tipo diamante (DLC) e MoSi2 são usadas para proteger motores automotivos contra desgaste e corrosão em alta temperatura causada pelo atrito entre peças mecânicas móveis.
Filmes finos também são usados para proteger superfícies reativas do meio ambiente, seja oxidação ou hidratação devido à umidade. As películas condutoras de blindagem têm recebido muita atenção nas áreas de dispositivos semicondutores, separadores de película dielétrica, eletrodos de película fina e interferência eletromagnética (EMI). Em particular, os transistores de efeito de campo de óxido metálico (MOSFETs) contêm filmes dielétricos quimicamente e termicamente estáveis, como SiO2, e os semicondutores de óxido metálico complementar (CMOS) contêm filmes de cobre condutores.
Eletrodos de filme fino aumentam várias vezes a relação entre a densidade de energia e o volume dos supercapacitores. Além disso, filmes finos de metal e atualmente MXenes (carbonetos, nitretos ou carbonitretos de metais de transição) filmes finos de cerâmica de perovskita são amplamente utilizados para proteger componentes eletrônicos contra interferência eletromagnética.
No PVD, o material alvo é vaporizado e transferido para uma câmara de vácuo contendo o substrato. Os vapores começam a se depositar na superfície do substrato simplesmente devido à condensação. O vácuo evita a mistura de impurezas e colisões entre moléculas de vapor e moléculas de gás residual.
A turbulência introduzida no vapor, o gradiente de temperatura, a vazão do vapor e o calor latente do material alvo desempenham um papel importante na determinação da uniformidade do filme e do tempo de processamento. Os métodos de evaporação incluem aquecimento resistivo, aquecimento por feixe de elétrons e, mais recentemente, epitaxia por feixe molecular.
As desvantagens do PVD convencional são a sua incapacidade de vaporizar materiais com pontos de fusão muito elevados e as alterações estruturais induzidas no material depositado devido ao processo de evaporação-condensação. A pulverização catódica por magnetron é a técnica de deposição física de próxima geração que resolve esses problemas. Na pulverização catódica do magnetron, as moléculas alvo são ejetadas (sputtering) por bombardeio com íons positivos energéticos através de um campo magnético gerado por um magnetron.
Os filmes finos ocupam um lugar especial nos modernos dispositivos eletrônicos, ópticos, mecânicos, fotônicos, térmicos e magnéticos e até mesmo nos itens de decoração devido à sua versatilidade, compacidade e propriedades funcionais. PVD e CVD são os métodos de deposição de vapor mais comumente usados para produzir filmes finos com espessura de alguns nanômetros a alguns micrômetros.
A morfologia final do filme depositado afeta o seu desempenho e eficiência. No entanto, as técnicas de deposição evaporativa de filmes finos requerem mais pesquisas para prever com precisão as propriedades dos filmes finos com base nas entradas de processo disponíveis, nos materiais alvo selecionados e nas propriedades do substrato.
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Horário da postagem: 23 de abril de 2023