KAN ( ) Nanostruktury na bázi uhlíku a polymerů pro využití v bioelektronice a medicíně

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "KAN ( ) Nanostruktury na bázi uhlíku a polymerů pro využití v bioelektronice a medicíně"

Petra Jandová
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Akademie věd České republiky Nanotechnologie pro společnost Ústav jaderné fyziky AV ČR Jiří Vacík KAN ( ) Nanostruktury na bázi uhlíku a polymerů pro využití v bioelektronice a medicíně

Fyzikální ústav AV ČR MW PECVD příprava a vlastnosti nanokrystalických diamantových vrstev pro aplikace v bioelektronice a medicíně Řešitelský tým FZÚ AV ČR František

2 Fyzikální ústav AV ČR MW PECVD příprava a vlastnosti nanokrystalických diamantových vrstev pro aplikace v bioelektronice a medicíně Řešitelský tým FZÚ AV ČR František Fendrych * Jindřich Musil Martin Crhán Ladislav Peksa Petra Bílková Miloš Jirsa David Vokoun Miloš Nesládek Milan Vaněček Štěpán Potocký Alexander Kromka Zdeněk Remeš

3 Plazmo-chemické depoziční reaktory Magnetronové naprašovací zařízení MW ECR plazmová depoziční aparatura Pulsní laserová depoziční aparatura Plazmová tryska s výbojem v duté katodě

Plazmo-chemicky připravené tvrdé vrstvy CN x Mikrotvrdost DIAMANTU H = 90 GPa Hypotetická supertvrdá struktura β-c 3 N 4 CN x, x = N/C = 4/3 = 1.33, H = 90-120 GPa?

4 Plazmo-chemicky připravené tvrdé vrstvy CN x Mikrotvrdost DIAMANTU H = 90 GPa Hypotetická supertvrdá struktura β-c 3 N 4 CN x, x = N/C = 4/3 = 1.33, H = GPa? DC magnetron N s vazbami v a-b C N C se sklopenými vazbami H = 41,6 GPa x = 0,37 RF plasma jet A.Y.Liu, M.L.Cohen, Phys.Rev.B41(15)(1990)10727 Opoziční teorie Nestabilita sklopených vazeb hypotetické supertvrdé struktury β-c 3 N 4 v objemech nad cca 10 4 nm 3 H = 22,1 GPa x = 1,25 C.A.Davis, Y.Yin, D.R.McKenzie, J.Non.-Cryst.Solids 170(1994)46

5 CN x, π-plazmonový rezonanční pík (1) depozice řízené tlakem dusíku DC magnetron [F1] F.Fendrych, L.Jastrabík, L.Pajasová, D.Chvostová, L.Soukup, K.Rusňák, Diamond Rel.Mater. 7 (1998) 417.

6 CN x, π-plazmonový rezonanční pík (2) depozice řízené proudem magnetronu DC magnetron [F2] F.Fendrych, L.Pajasová, T.Wagner, L.Jastrabík, D.Chvostová, L.Soukup, K.Rusňák, Diamond Rel.Mater. 8 (1999) 1711.

RF plazmová dvoutryska při depozici vrstvy ZrCN x C / N 2 +Ar ZrCN x Zr / Ar Depozice vrstvy ZrCN x na vnitřní plochu prstence kuličkového ložiska Optimalizované chemické

50 pla z m o v é ka ná ly 700 600 500 400 300 200 100 t ry s k a 1 t ry s k a 2 0 0 100 200 300 400 500 o b la s t s t a c io n á rn í h o po v rc h s ub s t rá t u b o

7 RF plazmová dvoutryska při depozici vrstvy ZrCN x C / N 2 +Ar ZrCN x Zr / Ar Depozice vrstvy ZrCN x na vnitřní plochu prstence kuličkového ložiska Optimalizované chemické složení vrstvy (at.%): Zr 8%, C 55%, N 37% x = N/C = 0,67 COST-516 Tribology, Project OC pla z m o v é ka ná ly t ry s k a 1 t ry s k a o b la s t s t a c io n á rn í h o po v rc h s ub s t rá t u b o du re la t iv ní a b s o lut n í h o d no t a g ra d ie n t u k o n c e n t ra c e n e ut rá ln í h o p ly n u:

8 Plazmovou dvoutryskou na ložisko deponované ZrCN x měření koeficientu tření a otěruvzdornosti ( vliv DC předpětí ) F t f = F t / F n COST-516 Tribology OC Final Report, 2000

9 Plazmové polymery Polyethylene IR absorption bands [cm -1 ] 2960 (CH 3 ) as A 2925 (CH 2 ) as 2900 (CH) 2875 (CH 3 ) s 2855 (CH 2 ) s H.Biederman, přednáška na LŠVT 2005, Malá Morávka 2900 cm -1 FTIR spectra

10 Vrstvy CN x H y, deponované v MW ECR plazmovém reaktoru MW ECR plasma reactor H = 7,3 GPa x = 23% y = 34%? [F3] L.R.Shaginyan, F.Fendrych, L.Jastrabík, L.Soukup, V.Yu.Kulikovsky, J.Musil, Surf.Coat.Technol (1999) 65. [F4] L.R.Shaginyan, A.A.Onoprienko, V.M.Vereschaka, F.Fendrych, V.G.Vysotsky, Surf.Coat.Technol. 113 (1999) 134.

11 CN x H y, chemické složení, obsah vodíku (RBS) Rutherford Back Scattering

12 DC magnetronem deponované tribologické vrstvy Ti x C:H y chemické složení a struktura vrstev Rutherford Back Scattering Gradient TiC:H coating Ti-buffer (50 nm) HS Steel Substrate

13 DC magnetronem deponované Ti x C:H y adheze, otěruvzdornost F t load F n = 20 N TiC:H coating koeficient tření f = F t / F n = (2-4 N) / 20 N = 0,1-0,2 po více než 3000 sec. (50 min.) 100 µm Steel Substrate

14 CN x H y IR spektroskopie Ti x C:H y 2900 cm cm -1

91 (1997) 122. [F6] V.Yu.Kulikovsky, F.Fendrych, L.Jastrabík, D.Chvostová, L.Soukup, J.Přidal, F.Franc, Surf.Coat.Technol.

15 Plazmově připravené Ti x C:H y porovnání chemického složení a mechanických vlastností DC magnetron RF plasma jet H = 15,1 GPa x = 9,8% y = 17% H = 10,8 GPa x = 2,3% y = 30% [F5] V.Yu.Kulikovsky, F.Fendrych, L.Jastrabík, D.Chvostová, Surf.Coat.Technol. 91 (1997) 122. [F6] V.Yu.Kulikovsky, F.Fendrych, L.Jastrabík, D.Chvostová, L.Soukup, J.Přidal, F.Franc, Surf.Coat.Technol. 102 (1998) 81. [F7] V.Yu.Kulikovsky, A.Tarasenko, F.Fendrych, L.Jastrabík, D.Chvostová, F.Franc, L.Soukup, Diamond Rel.Mater. 7 (1998) 774.

16 Hlavní požadavky na novou plazmovou depoziční aparaturu 1. Vypékatelná UHV komora primárně čerpaná na mezní tlak ~ 10-8 Pa, aby se zabránilo nežádoucí a nekontrolovatelné oxidaci připravovaných vrstev ze zbytkové atmosféry. 2. Čerpací systém musí umožňovat nezávislé nastavování průtoků pracovních plynů a tlaků během depozice v předem definované oblasti Q-p diagramu (viz návrh čerpacího systému), což je nezbytné k dosažení určeného složení a struktury deponovaných magnetických vrstev. 3. Přesné dávkování reakčních plynů (N 2, O 2, v řádu 0,02 sccm!) vzhledem k vysoké reaktivitě složek ve výboji. 4. Nutná nízkoteplotní depozice (teplotní fázové transformace), řízené a stabilní chlazení nebo ohřívání podložek při depozici k dosažení vhodné struktury vrstev (amorfní matrice, velikosti 3-d kovových zrn, atp.) či rychlosti růstu. [F16] F.Fendrych, Čes.čas.fyz. 4 (2005) [F17] F.Fendrych, P.Řepa, L.Peksa, L.Kraus, T.Gronych, Z.Hubička, K.Rusňák, P.Hedbávný, P.Šťovíček, V.Klégr, Proc.of IVC-16 & NANO-8, Venice, Italy (2004) 239; Chemical Monthly (2005) article in press.

17 Potřebná oblast průtoků a tlaků v UHV komoře během depozice, návrh čerpacího systému

18 Pohled na nově zkonstruovanou UHV aparaturu s plazmovou tryskou

19 Zážeh a stabilní výboj v trysce

20 DC výboj v trysce při depozici vrstvy

Plazmová tryska při depozici vrstvy FeCo - AlN 1 MKS průtokoměry v rozvodu pracovních plynů, 2 Leybold Combivac měř ěřič tlaku, 3 IT90 tlaková měrka, 4 Leybold Coolvac

21 Plazmová tryska při depozici vrstvy FeCo - AlN 1 MKS průtokoměry v rozvodu pracovních plynů, 2 Leybold Combivac měř ěřič tlaku, 3 IT90 tlaková měrka, 4 Leybold Coolvac 1500 kryovývěva, 5 VAT regulační ventil, 6 vypékací tělesa, 7 chlazený nebo vyhřívaný pohyblivý držák podložek, 8 podložky, 9 výboj v duté katodě, 10 těleso plazmové trysky.

22 Optické vrstvy Základní užití: mění optické vlastnosti původního povrchu výrobku (odrazivost, index lomu, atd.) Nitrid mědi Cu 3 N Krystalová struktura: kubická anti-reo 3 s mřížkovou konstantou a = 3,385 A Speciální aplikace: write-once optical recording media s laserovým zápisem informačních bitů (chem.dekompozice, změna odrazivosti), optické čtení záznamu C.A.Tai, E.S.Kohl, K.Akari, Surf.Coat.Technol. 43 (1990) 324. T.Maruyma, T.Morishita, J.Appl.Phys. 78 (1995) T.Maruyma, T.Morishita, Appl.Phys.Letters 69(7) (1996) 890. Plazmo-chemická syntéza Cu 3 N v reaktoru s RF výbojem v duté katodě

23 Vysvětlení vzniku Cu-částic ve vrstvě Cu 3 N Mikrotvrdost Cu 3 N RF plasma jet H = 8,8 GPa Elipsometrická měř ěření optických parametrů Cu 3 N Complex dielectric function ň = ε i ε = [n i k] 2

24 RF plazmovou tryskou deponovaný Cu 3 N šířka zakázaného optického pásu Absorption coefficient K(E photon ) = 4π k / λ Krystal E g [ev] GaAs 1,43 InP 1,35 Cu 3 N 1,24 Si 1,14 Ge 0,67 [F8] F.Fendrych, L.Soukup, L.Jastrabík, M.Šícha, Z.Hubička, D.Chvostová, A.Tarasenko, V.Studnička, T.Wagner, Diamond Rel.Mater. 8 (1999) [F9] L.Soukup, M.Šícha, F.Fendrych, L.Jastrabík, Z.Hubička, D.Chvostová, H.Šíchová, V.Valvoda, A.Tarasenko, V.Studnička, T.Wagner, M.Novák, Surf.Coat.Technol (1999) 321.

25 Fe-Hf-Ni-Cr-O, magnetorezistivní vrstva Log. scale [F10] L.Kraus, O.Chayka, F.Fendrych, Z.Frait, M.Šícha, J.Touš, Proc.of 16th ICMSF, Natal, Brazil, (2000) 163.

26 Fe-Ta-O, magnetorezistivní vrstvy 10 nm Nanočástice Fe v oxidu Ta O

27 Log. scale Fe-Ta-O, elektronový transport Dif.conduct. G=dI/dU Snížení elektrického odporu R v magnetickém poli H 0,0-0,1 T=300 K -0,2-0,3-0,4-0,5 H II I H I R/R [%] 0,0-0,2-0,4 T=77.3 K [F11] L.Kraus, O.Chayka, J.Touš, F.Fendrych, K.R.Pirota, Z.Frait, M.Šícha, L.Jastrabík, J.Magn.Magn.Mater (2001) 669. [F12] P.Lobotka, I.Vávra, F.Fendrych, L.Kraus, J.Magn.Magn.Mater. 240 (2002) 491. [F13] P.Lobotka, I.Vávra, F.Fendrych, O.Chayka, Physica Stat.Solidi (a) 201 (7)(2004) ,6-0,8-1,0-1,2-1,4 H II I H I H [Oe] [F14] F.Fendrych, L.Kraus, O.Chayka, P.Lobotka, I.Vávra, J.Touš, V.Studnička, Z.Frait, Chemical Monthly 133 (2002) 773.

28 10 µm Co-Al 2 O 3 připravené pulsní laserovou depozicí

29 Co-Al 2 O 3, tunelovací vodivost a magnetorezistence 8 log R log R = a T -1/2 + b T -1/2 (K -1/2 ) [F15] O.Chayka, L.Kraus, F.Fendrych, T.Kocourek, M.Jelínek, Physica Stat.Solidi (b) 241 (7)(2004) 1617.

30 Nanostrukturované magnetické nitridy FeCo - AlN Vysokofrekvenční permeabilita, feromagnetická rezonance FMR Charakteristická frekvence, při které se projevuje FMR, je kolem 1,7 GHz [F18] O.Chayka, L.Kraus, F.Fendrych, S.Veljko, Physica (a) (2007) in press.

31 Nanostrukturované vrstvy FeCo - AlN Poměr intenzit jednotlivých čar je 3:4:1:1:4:3, z toho lze usuzovat, že magnetizace nanokrystalitů FeCo je rovnoběžná s povrchem vrstvy

32 Magnetické nitridy FeCo - AlN (pro GHz induktory v mobilní komunikaci) Hysterezní smyčka magneticky měkké vrstvy FeCo-AlN nadeponované ve Forschungzentrum Karlsruhe, Helmholtz-Gemeinschaft, BRD, přetištěno z publikace K.Seemann et al., JMMM 283 (2004) koercitivita µ 0 H C = 3,0 mt Hysterezní smyčka magneticky měkké vrstvy FeCo-AlN nadeponované pomocí nově zkonstruované UHV aparatury ve FZÚ AV ČR koercitivita µ 0 H C = 0,7 mt

33 Detail hysterezní smyčky magnetické vrstvy FeCo - AlN připravené pomocí UHV plazmová aparatury ve FZÚ AV ČR koercitivita µ 0 H C = 0,7 mt koercitivita µ 0 H C = 0,3 mt!! [F19] O.Životský, F.Fendrych, L.Kraus, K.Postava, O.Chayka, L.Halagačka, J.Pištora, J.Magn.Magn.Mater. (2007) in press.

Podobné dokumenty

Anotace přednášek LŠVT 2015 Česká vakuová společnost. Téma: Plazmové technologie a procesy. Hotel Racek, Úštěk, 1 4. června 2015

Anotace přednášek LŠVT 2015 Česká vakuová společnost Téma: Plazmové technologie a procesy Hotel Racek, Úštěk, 1 4. června 2015 1) Úvod do plasmochemie Lenka Zajíčková, Ústav fyzikální elektroniky, PřF