ESTUDO DAS CONDIÇÕES INICIAIS PARA O CRESCIMENTO DE FILMES DE Al₂O₃ SOBRE ALUMÍNIO EM FORMA REPRODUTÍVEL

Patricia Maria Patrizi Pratta(PG), Carlos Ventura D’Alkaine(PQ)

Universidade Federal de São Carlos - Dep. Química

Palavras-chaves: alumínio, filmes finos, condições iniciais

Existem estudos sobre o crescimento de óxido de alumínio^(1-2), porém a maioria dos trabalhos é sobre filmes espessos, em geral próximos de condições estacionárias ou quase-estacionárias, onde os parâmetros do filme são constantes e os potenciais são altos. Ao estudar-se o crescimento sob condições transientes, portanto no caso de filmes finos, encontra-se o problema da existência de uma componente catódica nas correntes medidas. Isto se deve a que apesar do Al₂O₃ possuir um alto valor de intervalo de banda proibida (6,5 eV), para filmes finos, ocorre a passagem de elétrons por tunelamento ressonante o que provoca a decomposição da água levando à evolução de hidrogênio^(3-6).

O objetivo do presente trabalho é determinar condições iniciais de crescimento voltamétrico de filmes finos de Al₂O₃, livres da evolução de hidrogênio. A não existência desta reação catódica permite calcular a carga de formação do filme pela integração da corrente faradáica, que nessa condição será só anódica.

As voltametrias foram feitas sobre um eletrodo de alumínio Aldrich com 0,316cm² de área exposta, com pureza de 99,999%. O eletrólito utilizado foi 0,3M ácido bórico/0,15M borato de sódio, pH 8,5, que também atua como tampão. O eletrodo de referência empregado, contra o qual estão dados todos os potenciais, foi de Hg/HgO/NaOH 1M. Antes de cada medida, os eletrodos de trabalho eram polidos com lixa 600, 411-Q, da 3M, utilizando água destilada como lubrificante; rapidamente secados; introduzidos imediatamente no eletrólito e instantaneamente potenciostatizado de forma tal de resolver os problemas assinalados.

O alumínio possui um potencial de Flade (E_F) de –2,6V. Se o potencial inicial (E_i) aplicado for próximo ao E_F, existirá abundante evolução de hidrogênio gerando-se bolha se comprometendo os estudos de crescimento. Se E_i for mais positivo que E_F, teremos o crescimento irreproduzível do filme inicial, a altas correntes. Para evitar a evolução de hidrogênio e um crescimento irreproduzível, no presente trabalho se propôs variar rapidamente o potencial aplicado imediatamente após a imersão (E_im) de um valor catódico com relação ao E_F até um E_i livre de evolução de hidrogênio. Com este procedimento se esperava eliminar a formação de bolhas, conseguir um crescimento reproduzível do filme e não ter reação catódica já no E_i. Na Fig 1 pode observar-se que este procedimento gera que os crescimentos transientes seja reprodutíveis, desde que sempre se inicie a voltametria na mesma corrente inicial i_i. Por outro lado se constata que, o procedimento permite a não formação de bolhas de hidrogênio se a velocidade de varredura (v) do E_im até E_i for o suficientemente rápida (200mV/s)

Figura 1: Voltametrias de crescimento do Al₂O₃ sobre Al em bórico/ borato, duplas curvas, em cada caso, a altas e baixas v para demonstrar a reprodutibilidade.

1-Konno, H. ;Kobayashi, S. ;Takahashi, H. ;Nagayama, M., Electrochim. Acta, 25(12)1980, pp1667-1672

2-Takahashi, H.; Nagayama, M.; Electrochim.Acta, 23(3)1978, pp279-286

3-D’Alkaine, C. V.; Garcia, C. M.; Anais 18⁰ CONBRASCOOR - vol ll, 1995, pp750-760

4-Lohrengel, M. M.; Pilaski, M. ; 8^th International Symposium o Passivity of Metals and Semiconductors, 1999

5-Garcia, C. M.; comunicação pessoal

6-Schmicler,W., in “Passivaty of Metals” R. P. Frankenthal and J. Kruger Ed. J. Electrochem Soc. Inc., pp102 (1978)

Agência Financiadora: CAPES