Preparação e caracterização de oxinitretos para aplicações em sensores de temperatura criogênicos

Abstract

Cada vez mais dispositivos que operam em temperaturas criogênicas (< 100 K) como aeroespaciais, médicas e supercondutoras tem apresentado relevância tecnológica. Neste contexto, os sensores de temperatura tornam-se instrumentos fundamentais para controle e monitoramento destas tecnologias. Principalmente quando estas tecnologias estão sujeitas a campos magnéticos intensos e altas doses de radiação. Neste trabalho, serão produzidos e estudados dispositivos sensíveis à temperatura baseados em filmes finos de ZrN/ZrO2 crescidos com a técnica magnetron sputtering reativo. Serão realizadas análise estruturais e química dos filmes finos a também das propriedades elétricas em diferentes temperatura. A Difração de raios X mostrou a presença de mais de uma fase cristalinas nas amostras produzidas, sendo identificada a presença do nitreto cúbico ZrN. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) indicou a presença de filmes altamente compactos e com baixa rugosidade. As medidas elétricas mostraram um comportamento com coeficiente de temperatura negativo, e altamente dependente das condições de deposição. A amostra depositada em atmosfera contendo cerca de 17 % de gás nitrogênio apresentou um coeficiente de temperatura de -0,05 K-1 , bastante próximo dos valores de sensores comerciais.

More and more devices operating at cryogenic temperatures (<100 K) such as aerospace, medical and superconducting have been of technological relevance. In this context, temperature sensors become fundamental instruments for control and monitoring of these technologies. Especially when these technologies are subject to intense magnetic fields and high radiation doses. In this work, will be produced and studied temperature sensitive devices based on thin ZrN / ZrO2 films grown with the reactive magnetron sputtering technique. Structural and chemical analysis of these thin films and electrical properties at different temperatures will be performed. X-ray diffraction showed the presence of more than one crystalline phase in the produced samples, and the presence of cubic nitride ZrN was identified. Scanning electron microscopy (SEM) indicated the presence of highly compact films with low roughness. The electrical measurements showed a behavior with negative temperature coefficient, and highly dependent on the conditions of depositions. The sample deposited in an atmosphere containing about 17% nitrogen gas had a temperature coefficient of -0.05K -1 , very close to the values of commercial sensors.