Neste trabalho estudou-se a obtenção de filmes finos
supercondutores do sistema Bi-Sr-Ca-Cu-O pela técnica de deposição
química de vapores organometálicos, assistida por aerossol
(AA-MOCVD). O reactor utilizado foi do tipo parede fria, com aquecimento
do substrato por indução dum susceptor. Os precursores organometálicos
utilizados foram o trifenilbismutano, Bi(C6H5)3
e os derivados da beta-dicetona 2,2,6,6-tetrametil-3,5-heptanodiona (tmhd),
Sr(tmhd)2, Ca(tmhd)2 e Cu(thmd)2. A qualidade
destes, nomeadamente do Sr(tmhd)2, revelou-se determinante para
a obtenção de composições reprodutíveis
nos filmes. Os substratos utilizados foram monocristais de LaAlO3,
SrTiO3 e MgO, cortados segundo (100).
Investigaram-se os efeitos dos parâmetros de deposição
no teor das fases presentes nos filmes, na epitaxia, na nucleação
e na microestrutura, e os efeitos das condições de tratamento
térmico nas propriedades dos filmes, nomeadamente na temperatura
de transição para o estado supercondutor, Tc.
Foram depositados filmes de composição nominal Bi2Sr2Ca2Cu4Oy,
com uma velocidade de deposição de 35 nm/min. Nas condições
optimizadas de deposição, T=760°C, pO2=500
Pa, obtiveram-se filmes da fase Bi-2212, com intercrescimentos da fase
Bi-2223. O nível de intercrescimentos 2212/2223 dependeu da razão
de composições Sr/(Sr+Ca+Cu) do filme. Razões próximas
de 0,28 promoveram um elevado teor da fase Bi-2223 nos intercrescimentos
2212/2223. Os filmes depositados sobre substratos de MgO revelaram também
a presença da fase CuO. A fase Bi-2212 cresceu, sobre todos os substratos,
orientada com o eixo c perpendicular ao substrato. O crescimento desta
fase foi epitaxial sobre substratos de LaAlO3 e SrTiO3 correspondendo às
relações [100]Bi-2212||[110]LaAlO3 e [100]Bi-2212||[110]SrTiO3.
Sobre os substratos de MgO, a fase Bi-2212 apresentou-se mal orientada
no plano predominando as três orientações seguintes:
[100]Bi-2212 || [110]MgO, [100]Bi-2212 || [100]MgO e [700]Bi-2212 || [920]MgO.
A forte dependência que os resultados da deposição
revelaram relativamente à temperatura do substrato levou ao desenvolvimento
de uma técnica de deposição por impulsos, designada
por MOCVD assistido por aerossol pulsado (PAA-MOCVD). Com esta variante,
diminuiu-se a deposição de fases secundárias e melhorou-se
a reprodutibilidade dos resultados.
Nos estágios iniciais de deposição, a nucleação
foi do tipo Frank van der Merwe (2D) formando um filme que cobre todo o
substrato. Os defeitos do substrato e do filme recém formado promoveram
a nucleação de partículas tridimensionais que foram
predominando à medida que o filme ia espessando. Estas partículas
conferiram uma elevada rugosidade da superfície do filme, para espessuras
superiores a 100 nm.
Os tratamentos térmicos efectuados após a deposição,
pO2>81 kPa e T=760°C, deram origem a transições para
resistividade nula com início a 115 K, indicativo da presença
da fase Bi-2223. Com tempos de tratamento térmico de 60 horas, a
resistividade nula verificou-se a Tc=74 K. Tratamentos térmicos
prolongados a temperaturas superiores a 760°C provocaram a decomposição
da fase Bi-2212, com o consequente abaixamento de Tc. Foram obtidas transições
para resistividade nula a 73 K com tratamentos térmicos de 2 minutos
a 863°C, sem degradação da fase Bi-2212.
A densidade de corrente crítica, determinada à temperatura
de 5 K, foi de Jc = 3,5x106 Acm-2.
Concluiu-se que os filmes depositados, no intervalo de condições
investigadas, apresentaram ainda valores limitados nas propriedades de
transporte como supercondutores, nomeadamente um largo intervalo de temperaturas
de transição, a principal consequência da elevada velocidade
de deposição utilizada. Para optimizar as propriedades dos
filmes e obter a fase Bi-2223 pura, impõe-se o controlo rigoroso
da composição do filme e uma velocidade de deposição
inferior a 3 nm/min.
Em trabalhos futuros, a técnica de aerossol pulsado poderá
ser utilizada na deposição de multicamadas, com recurso a
geradores independentes de aerossol, permitindo o fabrico de heteroestruturas,
com aplicação em dispositivos electrónicos.