Este documento descreve um estudo sobre diagnósticos elétricos e de massa em plasmas de interesse tecnológico. O trabalho apresenta os fundamentos teóricos por trás das sondas de Langmuir e espectrômetros de massa, e descreve o aparato experimental construído para caracterizar plasmas reativos usando essas técnicas. Os resultados preliminares indicam que as sondas de Langmuir aquecidas podem determinar com eficiência a temperatura e densidade eletrônica nos plasmas, enquanto o processo de

1. Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho"
Câmpus de Guaratinguetá - Faculdade de Engenharia
Departamento de Física e Química
“Laboratório de Processamento de Materiais à Plasma”
unesp
“DIAGNÓSTICOS ELÉTRICO E
DE MASSA EM PLASMAS DE
INTERESSE TECNOLÓGICO ”
por
Marcelo Willian Andrade, M. A.
Algatti

2. INTRODUÇÃO
• O processo de Polimerização a Plasma em
descargas glow a baixas pressões é de
g r a n d e p o t e n c i a l p a r a a s í n t e s e e
processamento de materiais.
• A compreensão da cinética química nestas
descargas é fundamental para o emprego da
técnica em escala industrial.
• Os processos de fragmentação molecular
nestas descargas ocorrem basicamente
devido ao impacto eletrônico.
• O conhecimento da temperatura, densidade e
função de distribuição de energia dos elétrons
é fundamental para a compreensão do
processo de polimerização a plasma.
• Estas grandezas são obtidas por meio das
Sondas de Langmuir.
• A contaminação das mesmas deve ser evitada
afim de possibilitar as medidas.

3. ENERGIAS DE DISSOCIAÇÃO
Ligações Energias de
Dissociação ( eV )
C−C 3,61
C=C 6,35
C−H 4,30
C−N 3,17
C=N 9,26
C−O 3,74
C=O 7,78
C−F 5,35
C−Cl 3,52
N−H 4,04
O−H 4,83
O−O 1,52

4. ENERGIAS DE DISSOCIAÇÃO,
META-ESTÁVEIS E IONIZAÇÃO
Gases Energia de Energias Meta Energia de
Dissociação Estável Ionização
( eV ) ( eV ) ( eV )
He 19,8 24,6
Ne 16,6 21.6
Ar 11,5 15,8
Kr 9,9 14,0
Xe 8,3 12,1
H2 4,5 15,6
N2 9,8 15,5
O2 5,1 12,5
CH4 12,6
C2H2 11,4
C2H4 10,5
C3H6 11,5
C3H8 11,1

5. SONDA DE LANGMUIR
Curva característica
A densidade de corrente na sonda, com potencial φ<0
JS = Je – Ji
A densidade de corrente dos elétrons
A temperatura dos elétrons
A densidade de elétrons
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6. ESQUEMA DO CIRCUITO DO GERADOR
DE RAMPA DA SONDA

7. LAYOUT DO CIRCUITO IMPRESSO DO
GERADOR DE RAMPA

8. ESQUEMA DO CIRCUITO DO FILTRO DE
RÁDIO-FREQUÊNCIA

9. LAYOUT DO CIRCUITO IMPRESSO DO
FILTRO DE RÁDIO-FREQUÊNCIA

10. ESQUEMA DO CIRCUITO DE
POLARIZAÇÃO DA SONDA

11. ESQUEMA DO APARATO
EXPERIMENTAL

12. PLASMAS REATIVOS

13. MONTAGEM I ESPECTRÔMETRO
DE MASSA

14. MONTAGEM II BOMBA TURBO
MOLECULAR

15. CONCLUSÕES
• Testes preliminares indicam que as Sondas de
Langmuir aquecidas são eficazes na
determinação da temperatura e densidade
médias eletrônicas em plasmas reativos.
• O processo de remoção por sputtering em
atmosferas de Argônio permite recobrar as
características originais de funcionamento das
Sondas de Langmuir.
• A reprodutibilidade da resposta I x V (corrente
versus tensão) é de importância fundamental
para o emprego da técnica em atmosferas
contaminantes.
• A determinação da temperatura e densidade
média, bem como da função de distribuição de
energia dos elétrons é fundamental para a
compreensão da cinética química no interior
dos plasmas polimerizantes, uma vez que os
processos de fragmentação molecular são
oriundos basicamente de colisões com os
elétrons.

16. AGRADECIMENTOS E REFERÊNCIAS
Gostaríamos de expressar os nossos
agradecimentos ao CNPq-PIBIC pela bolsa de
Iniciação Científica e à FAPESP pelo
financiamento do projeto do reator, bem como
pela bolsa de Doutorado de J. C. Teixeira.
Gostaríamos de agradecer ainda ao técnico
José Benedito Galhardo pela ajuda no projeto e
construção do reator de processamento de
materiais a Plasma.
[1]- H. Yasuda, “Plasma Polymerization”,
Academic Press, New York, USA, (1985).
[2]- N. Hershkowitz, “How Langmuir Probes Work”,
in Plasma Diagnostics, vol. 1, edited by O.
Auciello and D. Flamm, Academic Press, (1989).
[3]- N. Inagaki, “Plasma Surface Modification and
Plasma Polymerization”, Technomic Publishing
Co., New York, USA, (1996).
[4]- I. Kato, T. Shimoda and T. Yamagishi;
“Removal Conditions of Films Deposited on
Probe Surface”; Japan. Journ. Appl. Phys. 33,
3586, (1994).