O EFEITO DE BERREMAN NA CARACTERIZAÇÃO DE FASES DE FILMES DE TiO₂ DEPOSITADOS SOBRE PLATINA VIA PROCESSO SOL-GEL

Benedito CláudioTrasferetti¹ (PG), Celso Ulysses Davanzo¹(PQ), Rita Aparecida Zoppi² (PQ)

1-Instituto de Química - Universidade Estadual de Campinas - Caixa Postal 6154- CEP-13081-970- Campinas-SP (e-mail: celso@iqm.unicamp.br)

2- Instituto de Ciências Biológicas e Química - Pontifícia Universidade Católica de Campinas - Caixa Postal 1111- CEP-13020-904 - Campinas-SP (e-mail:labpol@acad.puccamp.br)

palavras-chave: processo sol-gel, infravermelho, reflectância

O processo sol-gel, técnica de síntese de materiais que envolve a hidrólise e posterior condensação de um precursor molecular, tem sido objeto de estudo de vários pesquisadores. Na área de óxidos semicondutores, o processo sol-gel surgiu como uma alternativa às técnicas normalmente utilizadas, tais quais: evaporação a vácuo, “sputtering” ou deposição eletroquímica. A espectroscopia de reflexão-absorção no infravermelho (IRRAS) consiste na obtenção de espectros de reflectância de filmes finos depositados em substratos metálicos e depende das constantes ópticas do filme fino e do substrato, do ângulo de incidência e do estado de polarização da radiação incidente¹. Nesta situação o espectro de reflexão-absorção apresenta um mínimo de reflexão na posição do modo de óptica longitudinal (LO) do material quando se usa polarização p e ângulos de incidência oblíquos, mesmo para filmes de espessura bastante reduzida. Tal fenômeno é conhecido na literatura como efeito de Berreman² devido aos trabalhos pioneiros de D.W.Berreman³. Uma vez que os modos LO não são detectados pela espectroscopia de infravermelho tradicional (porque se trabalha à incidência normal), esse efeito é bastante surpreendente à primeira vista.

O objetivo do presente trabalho é explorar o efeito de Berreman na caracterização por IRRAS de filmes de TiO₂ depositados em platina pelo processo sol-gel. A platina foi utilizada como substrato porque os filmes foram caracterizados eletroquimicamente também. A análise dos espectros obtidos foi feita através de uma programa de simulação espectral⁴ construído em ambiente MatLab^Ò que baseia-se na equação de Fresnel para um sistema trifásico constituído de camadas sucessivas de ar/filme fino/platina. As simulações foram feitas a partir das constantes ópticas de padrões de anatase, rutilo e de TiO₂ amorfo. As constantes ópticas da platina foram obtidas na referência 5.

O sol foi preparado misturando-se 30ml de isopropanol (Ecibra P.A.) com 1,2ml de tetraisopropóxido de titânio (Aldrich). Adicionou-se 100ml de HCl concentrado (Ecibra P.A.) e manteve-se a mistura sob agitação por 1h em frasco aberto, em banho-maria a 50^oC. Com o sol mantido a 50^oC, foram depositados 2000ml (de 100 em 100ml) do sol sobre uma placa de platina usando-se a técnica de "spin coating", a 3000rpm por 5s. Logo após o depósito as placas foram secas em diferentes temperaturas durante 1 h: 100, 400, 600 ou 800^oC. As amostras foram denomindas A100, A400, A600 e A800 de acordo com as temperaturas de tratamento térmico a que foram submetidas. Os espectros foram obtidos através de um espectrômetro Bohmen MB-101. Acoplaram-se ao espectrômetro, o acessório de reflectância da Specac de ângulo de incidência variável e o polarizador de radiação infravermelha fabricado pela Graseby/Specac. Obtiveram-se espectros para cada estado de polarização da luz, s (perpendicular ao plano de reflexão) e p (paralelo ao plano de reflexão) , e para os ângulos de incidência 8, 30, 50 e 70°. Um substrato de vidro revestido com alumínio foi utilizado como “background”.

Nenhuma banda foi observada nos espectros obtidos com luz s-polarizada. A figura abaixo apresenta os espectros obtidos com luz p-polarizada e ângulo de incidência de 70⁰. A comparação desses espectros com espectros simulados nos permite as seguintes observações:

1. O espectro da amostra A100, que apresenta um banda larga com mínimo em 872 cm^-1 e com um ombro a números de onda mais baixos, é qualitativamente reproduzido pelo espectro simulado a partir das constantes ópticas do TiO₂ amorfo.

2. Os espectros das amostras A 400 e A600, que apresentam uma banda mais estreita que a da amostra A100 e com mínimos em 847 e 853, respectivamente, são qualitativamente reproduzidos por espectros simulados a partir das constantes ópticas do anatase.

3. A banda mais intensa da amostra A800, de estrutura bastante similar à banda observada para as amostras A400 e A600, tem seu mínimo a 810 cm^-1. Observa-se também uma banda de baixa intensidade a 444 cm^-1. Tal espectro é qualitativamente reproduzido pelo espectro simulado a partir das constantes ópticas do rutilo.

Fapesp