Implantação iônica por imersão em plasma - IIIP - de argônio, nitrogênio e hélio em hexametildissilazano polimerizado a plasma

Abstract

Filmes finos polimerizados a plasma apresentam várias aplicações nas indústrias óticas, elétrica, mecânica de alimentos, de biomateriais entre outras, devido suas interessantes propriedades químicas e físicas. No entanto, as aplicações para os filmes finos podem ser limitadas em função de algumas de suas características mecânicas e de superfície. Neste trabalho, filmes finos poliméricos foram depositados por radiofrequência a partir de plasmas de hexametildissilazano mantido a baixa pressão. Posteriormente, foram implantados íons de argônio, hélio e nitrogênio nestes filmes através da implantação iônica por imersão a plasma (IIIP). Após os tratamentos, os filmes finos provenientes da polimerização a plasma do hexametildissilazano apresentaram modificações em suas estruturas moleculares e composição química através das análises infravermelha e XPS. O XPS revelou um aumento nas concentrações de oxigênio e decréscimo de carbono e nitrogênio. Este fato indica aumento no nível e entrelaçamento, ramificação e reticulação das cadeias poliméricas para todos os íons implantados. Verificou-se também que a IIIP promoveu mudanças na molhabilidade com variações nos ângulos de contato de 100° para 10°; alterações nos índices de refração entre 1,65 a 2,10; modificações na dureza e módulo elástico de 0,8 a 3,3 GPa e 6,0 a 52,0 GPa respectivamente, assim como redução na taxa etching de 34,0 para 20,0 Å/min.

Plasma polymerized thin films have many applications in optical, electrical, mechanical, food, biomaterial industries among others, due to their interesting chemical and physical properties. Polymer thin films applications, however, can be limited because of some mechanical and surface characteristics. In this work, thin polymer films were deposited from radiofrequency plasmas of hexamethyldisilazane at low pressure. Then, these films were implanted with argon, helium and nitrogen ion, by plasma immersion ion implantation (PIII). After the treatments, plasma polymerized hexamethyldisilazane thin films presented modifications in their molecular structure and chemical composition by infrared and XPS analysis. XPS revealed an increase in the oxygen, decrease in nitrogen and carbon concentrations. This fact indicates increased crosslinking of the polymeric chains of all implanted ions. It was also verified that a PIII caused modification in wettability, changing the contacts angles from 100° to 10°. Modifications were also observed in the refractive index from 1,65 to 2,10; in hardness and in the elastic modulus from 0,8 a 3,3 GPa and 6,0 to 52,0 GPa respectively. The study showed a decrease in etching rate from 34,0 to 20,0 Å/min.