galvanicky chemicky plazmatem ve vakuu Vrstvy ve vakuu MBE Vakuová fyzika 2 1 / 39

Transkript

1 Vytváření vrstev galvanicky chemicky plazmatem ve vakuu Vrstvy ve vakuu povlakování MBE měření tloušt ky vrstvy během depozice Vakuová fyzika 2 1 / 39

2 Velmi stručná historie (více na Faraday, obloukové vypařování Edison - patent na termální a obloukovou depozici tenkých vrstev z pevných látek Pirany - patent na E-beam tavení vypařování z keĺımku E-beam napařování, magnetron opticky filtr s multivrstvou Al vrstva na zrcadlo o průměru 5 m pro dalekohled PVD - tvrdé vrstvy na nástroje DLC - vrstva na žiletkách, komerční výroba Vakuová fyzika 2 2 / 39

3 Povlakovaní CVD - chemical vapor deposition PVD - physical vapor deposition napařování elektronové dělo naprašování laserová depozice PACVD - plasma assisted CVD za atmosférického tlaku za nízkého tlaku plasmová depozice laserová depozice Vakuová fyzika 2 3 / 39

4 Napařování - vypaření materiálu zahřátím na vysokou teplotu lodička z těžko tavitelného materiálu zahřátí průchodem el. proudu velmi jednoduchá aparatura nehodí se pro všechny materiály Vakuová fyzika 2 4 / 39

5 1 1 J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 5 / 39

6 2 2 J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 6 / 39

7 3 3 W. Espe: Technologia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 7 / 39

8 4 4 W. Espe: Technologia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 8 / 39

9 5 5 W. Espe: Technologia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 9 / 39

10 Elektronové dělo 6 6 J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 10 / 39

11 Naprašování 7 7 J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 11 / 39

12 8 8 J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 12 / 39

13 9 9 W. Espe: Technologia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 13 / 39

14 Nízkonapět ový oblouk Vakuová fyzika 2 14 / 39

15 Magnetron http : // Vakuová fyzika 2 15 / 39

16 PLD - pulse laser deposition http : //en.wikipedia.org/wiki/file : Configuration PLD.png Vakuová fyzika 2 16 / 39

17 PACVD - plasma assisted CVD Rozdělení podle napájení: DC power LF power RF power CCP - kapacitně vázané plazma ICP - induktivně vázané plazma microwave power Vakuová fyzika 2 17 / 39

18 PACVD R.V.Stuart: Vacuum technology Thin Films and Sputtering, Academic Press 1983 Vakuová fyzika 2 18 / 39

19 Metoda MBE - Molecular Beam Epitaxy http : //oddeleni.fzu.cz/povrchy/mbe/soubory/mbe/mbe metoda.htm Vakuová fyzika 2 19 / 39

20 15 15 http : //oddeleni.fzu.cz/povrchy/mbe/soubory/mbe/mbe metoda.htm Vakuová fyzika 2 20 / 39

21 velké nároky na vakuum, tlak hpa velká čistota vstupních materiálů kvantové tečky, supermřížky, periodický potenciál,... speciální polovodičové prvky Vakuová fyzika 2 21 / 39

22 Experiment na orbitální dráze tlak na oběžné dráze raketoplánu ( 500 km) 10 8 hpa za štítem o průměru 3,6 m, tlak hpa WSF1 - porucha orientace, STS WSF2 - porucha MBE, STS WSF3 - úspěch 7 vrstev GaAs/AlGaAs, STS lety/usa/sts/sts-60/index.htm Vakuová fyzika 2 22 / 39

23 Měření tloušt ky tenké vrstvy Měření během depozice Odporový a kapacitní monitor Oscilátor Optické metody Měření po depozici Gravimetrická metoda Mikroskopické metody Optické metody Calo tester Vakuová fyzika 2 23 / 39

24 Měření tloušt ky pomocí kapacitního a odporového monitoru R.V.Stuart: Vacuum technology Thin Films and Sputtering, Academic Press 1983 Vakuová fyzika 2 24 / 39

25 Metoda měření změny frekvence oscilaci krystalu d = ϱ Q ϱ F K(T F T Q ) ϱ Q - je hustota deponovaného materiálu, ϱ F - je hustota krystalu, T F - perioda kmitů krystalu s vrstvou, T Q - perioda kmitů krystalu před depozicí Vakuová fyzika 2 25 / 39

26 Optické metody W. Espe: Technologia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 26 / 39

27 Měření po depozici pomocí mikroskopických a optických metod Mikroskopické metody SEM AFM konfokální mikroskop Optické metody transmisivita interferenční metody elipsometrické metody Vakuová fyzika 2 27 / 39

28 Opticky interferometr - Tolanského metoda 19 t = L λ L 2 19 W. Espe: Technologia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 28 / 39

29 20 Vakuová fyzika 2 29 / 39 pro tloušt ky 0,1-50 µm Calo tester 20

30 Vakuová fyzika 2 30 / 39

31 Příklady využití tenkých vrstev výroba obrazovek výroba optických prvků sublimační a getrové vývěvy povlakování obráběcích nástrojů výroba CD, DVD,... barierová vrstva při výrobě plastových lahví Vakuová fyzika 2 31 / 39

32 Výroba obrazovek - CRT nanášení Al na vnitřní stěnu skleněné baňky napařování z W spiraly tlak < hpa čas na celý proces 10 minut W. Espe: Technologia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 32 / 39

33 Hubble Space Telescope výroba broušení průměr 2,4 m, celková hmotnost 11 t přesnost broušení 30 nm odrazné vrstvy - Al 76,2 nm, fluorid hořčíku - 25,4 nm (UV) vypuštění , let STS http : //en.wikipedia.org/wiki/hubble Space Telescope Vakuová fyzika 2 33 / 39

34 Sublimační a getrové vývěvy Sublimační vývěvy opakované vytváření tenké vrstvy Ti chemisorpce plynů nečerpá chem. inertní plyny iontově sublimační vývěvy Getrové vývěvy aplikace u uzavřených systémů Ba a jeho slitiny chemisorpce plyny Vakuová fyzika 2 34 / 39

35 Povlakování obráběcích nástrojů Vakuová fyzika 2 35 / 39

36 Vakuová fyzika 2 36 / 39

37 Barierová vrstva při výrobě plastových lahví PET transparentní barierová vrstva SiO x zlepšení vlastností plastů zabránit pronikání plynů zejména O 2 a CO 2 PACVD - mikrovlnné plazma kapacita lahví za hodinu Vakuová fyzika 2 37 / 39

38 Závěr Povlakování je důležité pro: mikroelektroniku automobilový průmysl optické zařízení medicínské aplikace dekorace solární panely stavební průmysl Vakuová fyzika 2 38 / 39

39 Literatura R.V.Stuart: Vacuum Technology, thin films and sputtering, Academic press, 1983 L. Eckertova: Fyzika tenkych vrstev, SNTL, Praha, en.wikipedia.org/wiki/main page Vakuová fyzika 2 39 / 39