Avaliação das características resistivas de filmes finos absorvedores de radiação eletromagnética

Abstract

Filmes finos denotam uma alternativa na solução de problemáticas associadas à blindagem e interferência eletromagnética. Tal fato se deve aos significativos níveis de absorção e a reduzida espessura apresentada por estes materiais quando comparados às opções convencionais estabelecidas pela literatura. Para a investigação dos fenômenos físicos acerca dos processos intrínsecos de dissipação de energia apresentados por tais recobrimentos metálicos, o presente trabalho utiliza de filme finos de titânio de modo a confrontar propriedades elétricas destes com características de atenuação eletromagnética na faixa de micro-ondas. As amostras, obtidas por técnicas de deposição físicas via técnicas de sputtering e feixe de elétrons, foram submetidas à um tratamento superficial desenvolvido para indução de pontos de não condução de modo a alterar a resistividade dos recobrimentos de estudo. A caracterização dos filmes finos de titânio, os quais apresentam espessuras da ordem de dezenas de nanômetros, foi realizada com o uso de microscopia óptica, perfilometria, resistividade pela técnica de 4 pontas e análise de absorção via guia de ondas por meio de análise de redes escalar e vetorial. A partir de tais etapas, avaliou-se a relação entre a espessura, resistividade e atenuação eletromagnética das amostras de estudo. Os resultados evidenciaram, por meio das análises ópticas e de resistividade, que o tratamento proposto induziu defeitos superficiais nos filmes finos de modo a aumentar a resistividade apresentada por estes materiais. O aumento nos níveis de resistividade, por sua vez, foi diretamente proporcional à variação nos níveis de atenuação de modo a aproximarem estes valores a níveis da ordem de 50%; neste contexto, as espessuras de 20 e 30 nm indicaram os maiores valores absolutos de absorção eletromagnética. Os resultados experimentarias da atenuação em função da espessura refletem a tendência de análises teóricas propostas para filmes finos monocamadas, e o tratamento superficial, neste contexto, denotou uma melhor aproximação de tal comportamento. O balanço entre as energias refletidas, transmitidas e absorvidas indicou que os filmes finos de titânio submetidos ao tratamento apresentaram um maior percentual de energia refletida, de maneira proporcional ao aumento da espessura, quando comparados aos filmes não tratados. Estes, por sua vez, mostram-se mais transmissivos quando incididos por radiação eletromagnética. Dessa forma, ressalta-se a eficácia no tratamento do ponto de vista de alteração nas propriedades elétricas e o aumento nas características de absorção eletromagnética como consequência.

Thin films are an alternative solution for electromagnetic shielding and interference problems. This is a result regarding the substantial absorption levels and the reduced thickness presented by these materials when compared to conventional options stablished by the literature. In order to investigate the physical phenomena about intrinsic processes related to energy dissipation presented by metallic coatings, the present work adopt titanium thin films to compare electrical properties of these materials with electromagnetic attenuation characteristics on the microwave range. The samples, obtained through physical deposition using sputtering and electron beam techniques, were subjected to a surface treatment designed to induce discontinuity points in order to change the coatings resistivity. The titanium thin films characterization, which are evaluated in the range of dozens of nanometers, was realized using optical microscopy, profilometry, resistivity through the 4-probe technique and absorption analysis using a waveguide of scalar and vector nets. From these steps, the relation among thickness, resistivity and electromagnetic attenuation of the samples were evaluated. The results showed, through the optical and resistivity analysis, that the treatment used induced surface defects on the thin films in order to increase the resistivity presented by these materials. The increase in resistivity was directly proportional to the variation of attenuation levels, reaching levels of 50%.; in this context, the thicknesses of 20 and 30 nm indicated the largest absolute values of electromagnetic absorption. The experimental results regarding the attenuation in function of the thickness reflect the tendency of theoretical analysis proposed for monolayer thin films, and the surface treatment, in this context, denoted a better approximation of those values. The balance considering the reflected, transmitted and absorbed energy indicated that the titanium thin films subjected to the treatment presented a higher percentage of reflected energy, which is proportional to the increase in thickness, when compared with films not treated. These, in turn, were more transmissive when subjected to electromagnetic radiation. Thus, the change in electrical properties as a result of the treatment was correlated to the increase in the characteristics of electromagnetic absorption.