Determinação da espessura de filmes finos e ultrafinos poliméricos pela técnica de explosão coulombiana

Abstract

O presente trabalho tem por objetivo determinar a espessura de filmes finos e ultrafinos poliméricos de polimetilmetacrilato (PMMA) utilizando a técnica de Medium Energy Ion Scattering (MEIS) através da explosão coulombiana. A técnica MEIS utiliza o tempo de separação entre fragmentos de íons incidentes separados pela explosão coulombiana para determinar a espessura e a densidade de um filme fino. É importante determinar a espessura do filme, uma vez que é ela que define diversas de suas propriedades e utilidades. A inovação deste trabalho está na proposta de medição da espessura e densidade de filmes poliméricos por MEIS, pois outras técnicas utilizadas na literatura não são capazes de determinar a densidade, assumindo a priori que a densidade do filme é homogênea ao longo de toda a superfície, o que não condiz com a realidade. A técnica se mostra eficaz ao estimar com boa exatidão a espessura de cinco filmes finos diferentes de PMMA sobre uma camada fina de ouro depositada sobre óxido de silício produzidos a partir da técnica de spin-coating. A técnica de explosão coulombiana foi comparada com técnicas já consolidadas no campo de análise de nanomaterias como Rutherford Backscaterring Spectroscopy e Atomic Force Microscopy e se mostrou uma ferramenta adequada.

The present study aims to determine the thickness of thin and ultra-thin polymeric films of polymethyl methacrylate (PMMA) using the Medium Energy Ion Scattering (MEIS) technique through Coulomb explosion depth profiling. The MEIS technique uses the separation time between incident ion fragments separated by Coulomb explosion to determine the thickness and density of a thin film. It is important to determine the film thickness, as it determines various properties and uses of the film. The innovation of this work lies in the proposal of measuring the thickness and density of polymeric films by MEIS, as other techniques used in the literature are not able to determine density, assuming a priori that the density of the film is homogeneous over the entire surface, which is not reality. The technique proves to be effective in accurately estimating the thickness of five different thin films of PMMA on a thin layer of gold deposited on silicon oxide produced by the spin-coating technique. The Coulomb explosion technique was compared with established techniques in the field of nanomaterial analysis such as Rutherford Backscattering Spectroscopy and Atomic Force Microscopy and was shown to be an adequate tool.