@PhDThesis{Gavinier:2009:EsAmCr,
author = "Gavinier, Divani Barbosa",
title = "Estudo do ambiente de crescimento de filmes nanoestruturados de
diamante",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2009",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2009-08-31",
keywords = "diamante, nanoestruturas, energia de ativa{\c{c}}{\~a}o,
deposi{\c{c}}{\~a}o qu{\'{\i}}mica a partir da fase vapor,
simula{\c{c}}{\~a}o computacional, diamond, nanostructures,
activation energy, chemical vapor deposition, computational
simulation.",
abstract = "Atualmente o estudo do ambiente de crescimento de nanoestruturas
de diamante tem sido assunto de grande interesse
cient{\'{\i}}fico. O maior avan{\c{c}}o alcan{\c{c}}ado nesta
{\'a}rea foi obtido atrav{\'e}s da inser{\c{c}}{\~a}o de um
g{\'a}s inerte nas condi{\c{c}}{\~o}es t{\'{\i}}picas de
crescimento de diamante microcristalino (MCD). Com a
inser{\c{c}}{\~a}o deste novo g{\'a}s o ambiente de crescimento
{\'e} consideravelmente modificado, proporcionando assim um
controle do tamanho do gr{\~a}o de diamante depositado. Apesar da
utiliza{\c{c}}{\~a}o de um g{\'a}s inerte estar sendo
amplamente disseminada e projetada no desenvolvimento de muitas
aplica{\c{c}}{\~o}es, as mudan{\c{c}}as nos processos
f{\'{\i}}sico-qu{\'{\i}}micos que este novo g{\'a}s acarreta
durante o processo de deposi{\c{c}}{\~a}o ainda n{\~a}o se
encontram bem compreendidas. A pergunta do porque o diamante
nanocristalino (NCD) cresce nesta circunst{\^a}ncia {\'e}
atualmente assunto de intensas discuss{\~o}es na comunidade
cient{\'{\i}}fica e esta tese foi elaborada em torno deste
importante tema. Para se obter maiores esclarecimentos sobre esta
quest{\~a}o, a compara{\c{c}}{\~a}o entre os resultados obtidos
atrav{\'e}s de experimentos e simula{\c{c}}{\~a}o computacional
de um ambiente de crescimento com e sem um g{\'a}s inerte {\'e}
indispens{\'a}vel. Nesta tese, na primeira parte, {\'e}
realizada uma revis{\~a}o a respeito do crescimento do MCD (sem a
adi{\c{c}}{\~a}o de um g{\'a}s inerte), da influ{\^e}ncia da
adi{\c{c}}{\~a}o de um g{\'a}s inerte neste ambiente e dos
modelos de crescimento de diamante. Na segunda parte, experimentos
s{\~a}o desenvolvidos com a finalidade de se estudar dois dos
par{\^a}metros fundamentais para se entender o processo
f{\'{\i}}sico-qu{\'{\i}}mico b{\'a}sico de crescimento destes
filmes: a depend{\^e}ncia da temperatura do substrato e a
depend{\^e}ncia da concentra{\c{c}}{\~a}o de carbono na mistura
gasosa. Na terceira parte, no intuito de se entender melhor as
rea{\c{c}}{\~o}es qu{\'{\i}}micas envolvidas na fase gasosa, o
pacote computacional CHEMKIM {\'e} usado para simular os
experimentos realizados. Finalizando, {\'e} feita uma
compara{\c{c}}{\~a}o entre os resultados experimentais e os
simulados computacionalmente. Os resultados obtidos por esta tese
revelam que o mecanismo de crescimento do NCD {\'e} o mesmo do
MCD, por{\'e}m, com uma maior competi{\c{c}}{\~a}o entre as
fases de crescimento do carbono sp^3 (diamante) e sp^2 (grafite).
Em condi{\c{c}}{\~o}es com alta concentra{\c{c}}{\~a}o de
g{\'a}s inerte, onde {\'e} poss{\'{\i}}vel obter gr{\~a}os
ultrananocristalino, a competi{\c{c}}{\~a}o parece ser t{\~a}o
elevada que o processo de ativa{\c{c}}{\~a}o (que t{\^e}m
depend{\^e}ncia com a temperatura) favorece o crescimento da fase
sp^2 em detrimento da fase sp^3, principalmente em altas
temperaturas. ABSTRACT: The behavior of diamond crystallite size
decreasing down to nanometer scale has been subject of many
pioneering studies. A major advance was achieved with the addition
of inert gas into typical microcrystalline diamond (MCD)
deposition conditions. This discovery provided a route to control
the microstructure of the diamond film, leading to thick and
smooth nanocrystalline diamond (NCD). Even though the inert gas
addition is being broadly used and engineered in the development
of many applications, the changes in the chemical physical
processes occurring during the diamond deposition are not yet well
understood. The question of why the NCD grows at this condition
has actually been subject of many discussions. This thesis has
been developed around this important theme. In order to advance in
the elucidation of this process, the comparison of the experiments
with and without an inert gas is necessary. This thesis, first,
reviews the growth of diamond microstructures (without the
addition of an inert gas), the influence of inert gas addition in
this environment, and the diamond growth models. Second,
experiments are performed by studying two of the most fundamental
parameters to uncover the basic chemical process: the dependence
on substrate temperature and the dependence on carbon content in
the gas mixture. Third, the CHEMKIM software package is used to
simulate the experimental results in order to gain insight into
the major reactions occurring within the gaseous phase. Finally,
it performs a comparison between computational simulation and
experimental results. The results obtained reveals that the
mechanism for NCD growth is most probably the same of MCD growth,
but with a higher competition with the growth of sp^3 (diamond)
and sp^2 (graphitic) carbon phases. At the extreme condition of
ultrananocrystalline diamond (UNCD) growth the competition appears
to be so high that the activation process (temperature dependence)
favors the preferential growth of sp^2 phase, instead of sp^3, at
the high temperature end.",
committee = "Airoldi, Vladimir Jesus Trava (presidente) and Corat, Evaldo
Jos{\'e} (orientador) and Barreto, Patr{\'{\i}}cia Regina
Pereira (orientador) and Azevedo, Adriana Faria and Diniz,
Alessandra Ven{\^a}ncio and Lombardi, Jos{\'e} Carlos",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Diamond nanostructures growth",
language = "pt",
pages = "159",
ibi = "8JMKD3MGP8W/35RK7H8",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP8W/35RK7H8",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "16 jun. 2024"
}