Plazmové metody Materiály a technologie přípravy M. Čada

Podobné dokumenty
Přehled metod depozice a povrchových

TECHNOLOGICKÉ PROCESY PŘI VÝROBĚ POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ III.

Využití plazmových metod ve strojírenství. Metody depozice povlaků a tenkých vrstev

DOUTNAVÝ VÝBOJ. Další technologie využívající doutnavý výboj

Iradiace tenké vrstvy ionty

Vakuové metody přípravy tenkých vrstev

REAKTIVNÍ MAGNETRONOVÉ NAPRAŠOV. Jan VALTER HVM Plasma s.r.o.

Vybrané technologie povrchových úprav. Metody vytváření tenkých vrstev Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

TECHNOLOGICKÉ PROCESY PŘI VÝROBĚ POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ II.

DOUTNAVÝ VÝBOJ. Magnetronové naprašování

Plazmatické metody pro úpravu povrchů

FYZIKA VE FIRMĚ HVM PLASMA

TENKÉ VRSTVY. 1. Modifikací povrchu materiálu (teplem, okysličením, laserem,.. 2. Depozicí (nanášením)

Plazma v technologiích

Chemické metody plynná fáze

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

Tenká vrstva - aplikace

Plazmová depozice tenkých vrstev oxidu zinečnatého

Přednáška 3. Napařování : princip, rovnovážný tlak par, rychlost vypařování.

Přednáška 8. Chemické metody a fyzikálně-chemické metody : princip CVD, metody dekompozice, PE CVD

Základní typy článků:

Anomální doutnavý výboj

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

Vytržení jednotlivých atomů, molekul či jejich shluků bombardováním terče (targetu) ionty s vysokou energií (~kev)

Technologie a vlastnosti tenkých vrstev, tenkovrstvé senzory

DOUTNAVÝ VÝBOJ. 1. Vlastnosti doutnavého výboje 2. Aplikace v oboru plazmové nitridace

Lasery v mikroelektrotechnice. Soviš Jan Aplikovaná fyzika

Technologie CMOS. Je to velmi malý svět. Technologie CMOS Lokální oxidace. Vytváření izolačních příkopů. Vytváření izolačních příkopů

Fyzikální metody nanášení tenkých vrstev

Fyzikální metody přípravy tenkých vrstev. Martin Kormunda

Metody depozice povlaků - CVD

Vzdělávání výzkumných pracovníků v Regionálním centru pokročilých technologií a materiálů reg. č.: CZ.1.07/2.3.00/

NÍZKOTEPLOTNÍ PLAZMOVÁ DEPOZICE TENKÝCH VRSTEV

Tenké vrstvy pro lékařství 1. Laserové vrstvy ( metody přípravy vrstev, laser, princip metody pulzní laserové depozice PLD, růst vrstev, )

ANALÝZA POVLAKOVANÝCH POVRCHŮ ŘEZNÝCH NÁSTROJŮ

IONTOVÉ ZDROJE. Účel. Požadavky. Elektronové zdroje. Iontové zdroje. Princip:

Vytváření tenkých speciálních vrstev metodou plazmochemické depozice z plynné fáze

Depozice tenkých vrstev I.

ELEKTRONICKÉ PRVKY TECHNOLOGIE VÝROBY POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ

Plazma. magnetosféra komety. zbytky po výbuchu supernovy. formování hvězdy. slunce

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně Fakulta technologická. Ing. Ondřej Hudeček Ing. Tomáš Sedláček, PhD.

Výstupní práce Materiály a technologie přípravy M. Čada

Nano a mikrotechnologie v chemickém inženýrství. Hi-tech VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE ÚSTAV CHEMICKÉHO INŽENÝRSTVÍ

Plazmové svařování a dělení materiálu. Jaromír Moravec

Přednáška 4. Úvod do fyziky plazmatu : základní charakteristiky plazmatu, plazma v elektrickém vf plazma. Doutnavý výboj : oblasti výboje

Mgr. Ladislav Blahuta

Tenké vrstvy. metody přípravy. hodnocení vlastností

Vývěvy s transportem molekul z čerpaného prostoru

Úvod do fyziky plazmatu

Studijní opora pro předmět Technologie elektrotechnické výroby

Plazmové depozice povlaků. Plazmový nástřik Plasma Spraying

GD OES a GD MS v praktických aplikacích

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Laserové depoziční metody - obecná charakteristika

Nanotechnologie a Nanomateriály na PřF UJEP Pavla Čapková

TVORBA MOTIVŮ TENKOVRSTVÝMI METODAMI

Chemické metody přípravy tenkých vrstev

Základy mikroelektronických technologií

Obloukové svařování wolframovou elektrodou v inertním plynu WIG (TIG) - 141

OTĚRUVZDORNÉ POVRCHOVÉ ÚPRAVY. Jan Suchánek ČVUT FS, ÚST

Nanokrystalické tenké filmy oxidu železitého pro solární štěpení vody

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

Katedra chemie FP TUL Chemické metody přípravy vrstev

Název opory DEKONTAMINACE

TENKOVRSTVÁ TECHNOLOGIE HYDROGENOVANÉHO KŘEMÍKU PRO FOTOVOLTAICKÉ APLIKACE. oddělení tenkých vrstev F Y Z I K Á L N Í Ú S T A V A V Č R P R A H A

SPECIÁLNÍ METODY OBRÁBĚNÍ SPECIÁLNÍ METODY OBRÁBĚNÍ

Hmotnostní spektrometrie

Laboratorní návod pro práci s naprašovačkou Denton DESK V HP TSC

Chemické metody depozice z plynné fáze

Vakuová technika. Výroba tenkých vrstev vakuové naprašování

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

STEJNOSMĚRNÝ PROUD Samostatný výboj TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

6 Hybridní integrované obvody, tenkovrstvé a tlustovrstvé technologie a jejich využití

Úvod do koroze. (kapitola, která bude společná všem korozním laboratorním pracím a kterou studenti musí znát bez ohledu na to, jakou práci dělají)

Monika Fialová VAKUOVÁ FYZIKA II. ZÍSKÁVÁNÍ NÍZKÝCH TLAKŮ

Základní pojmy. p= [Pa, N, m S. Definice tlaku: Síla působící kolmo na jednotku plochy. diference. tlaková. Přetlak. atmosférický tlak. Podtlak.

Glass temperature history

Princip naprašování. Rozdíly proti napařování: 1. metoda získávání par 2. nutnost použití pracovního plynu 3. ionizace par a prac. plynu.

Fyzikální metody depozice KFY / P223

Základní experiment fyziky plazmatu

Netřískové způsoby obrábění

Tenké vrstvy. historie předdepoziční přípravy stripping

U BR < 4E G /q -saturační proud ovlivňuje nárazovou ionizaci. Šířka přechodu: w Ge 0,7 w Si (pro N D,A,Ge N D,A,Si ); vliv U D.

Vliv energie částic na vlastnosti vrstev Me-B-C-(N) připravených reaktivní magnetronovou depozicí

Principy chemických snímačů

Dělení a svařování svazkem plazmatu

Počet atomů a molekul v monomolekulární vrstvě

Vysoké frekvence a mikrovlny

Mol. fyz. a termodynamika

OTĚRUVZDORNÉ POVLAKY VYTVÁŘENÉ METODAMI ŽÁROVÉHO NÁSTŘIKU

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

Hmotnostní spektrometrie. Historie MS. Schéma MS

Ionizační manometry. Při ionizaci plynu o koncentraci n nejsou ionizovány všechny molekuly, ale jenom část z nich n i = γn ; γ < 1.

Metody analýzy povrchu

Integrovaná střední škola, Hlaváčkovo nám. 673, Slaný

Urychlovače částic principy standardních urychlovačů částic

Přednáška 10. Příprava substrátů: chemické ošetření, žíhání, iontové leptání.

Centrum základního výzkumu LC Příprava, modifikace a charakterizace materiálů energetickým zářením. Jaroslav Pavlík, KF PřF UJEP, Ústí n. L.

Transkript:

Plazmové metody Existuje mnoho druhů výbojů v plynech. Ionizovaný plyn = elektrony + ionty + neutrály Depozice tenkých vrstev za pomocí plazmatu je jednou z nejpoužívanějších metod. Pomocí plazmatu lze také leptat > polovodičový průmysl. Plazma lze použít k aktivaci, optimalizaci a zrychlení chemických reakcí. Plazma lze použít k aktivaci, čistění nebo úpravě povrchů. Plazma může zabíjet mikroorganismy. 1

Plazmové metody odprašování Odprašování (sputtering) je nejzákladnější a nejznámější plazmatická metoda nanášení tenkých vrstev. Urychlený iont dopadá na katodu, kde předá svůj moment hybnosti atomům materiálu katody > pokud je energie dostatečná, opouštějí katodu. Katoda je osazena terčem z materiálu, který chceme nanášet. Podle použité konfigurace elektrod a výboje rozlišujeme několik metod naprašování. Odprašování je svým způsobem leptací proces. 2

Plazmové metody odprašování Diodové naprašování katoda je planární deska z materiálu, který chci deponovat. Vakuová komora je uzemněná a tvoří referenční kladnou elektrodu výboje. Používám dc nebo rf napětí o velikosti > 1000 V. Jako pracovní plyn používáme netečný plyn, typicky argon. Substrát je uložen ve vakuové komoře pod katodou a odprášený materiál katody sem přichází pomocí difúze. Typicky se používá pro depozice kovů nebo kovových slitin. 3

Plazmové metody odprašování Reaktivní naprašování vedle netečného plynu použiji i tzv. reaktivní plyn (kyslík, dusík). Umožňuje mi deponovat libovolné sloučeniny, i dielektrika. Sloučenina se vytváří jak na katodě, tak i na podložce. Pokud použiji rf napětí, lze mít katodu vyrobenu přímo z dielektrické sloučeniny (např. ZnO, TiO 2, atp.) Podložka je často připojována k zápornému předpětí > pak dochází k bombardování substrátu ionty definované energie. Ionty mohou: Čistit substrát Zpětně odprašovat slabě vázané částice Implantovat se do podložky Deponovat se na zakřivené povrchy a do dutin Modifikovat vlastnosti vrstvy 4

Plazmové metody odprašování Ionty mohou vznikat: Přímo z odprášeného materiálu terče Z pracovního plynu (netečný i reaktivní) Z par odpařovaného materiálu Existují i bez elektrodové plazmatické systémy, které mohou produkovat ionty. Induktivně nebo kapacitně vázané RF nebo MW výboje. Technologicky nejpoužívanějším naprašovacím zdrojem je tzv. magnetronové naprašování. Efekt zkříženého elektrického a magnetického pole > elektrony jsou zachyceny u terče a podstupují ExB drift. Dostatečná ionizace i pro relativně malé napětí na katodě. 5

Plazmové metody odprašování 6

Plazmové metody K odprašování může být použito i iontového děla. Určeno na speciální aplikace, kdy potřebuji extrémně čisté vrstvy > vadí i nepatrná implantace netečných iontů. Plazma obecně urychluje chemické procesy na povrchu díky přítomnosti excitovaných, metastabilních nebo ionizovaných částic. Využívá se to v oxidaci, nitridaci nebo nauhličování různých kovových povrchů. Upravovaný kovový povrch tvoří katodu doutnavého výboje. Pracovní plyn je: kyslík, dusík, metan. Vytvářené vrstvy jsou velmi tlusté: 0,1 až 1 mm. 7

Plazmové metody Anodizace umožňuje vytvářet tenké oxidové vrstvy kovů tloušťky (100 nm), velmi husté a bez defektů. Stejnosměrný výboj hoří v kyslíkovém plynu. Substrát je oddělený od katody, aby nedocházelo k depozici naprašováním. Na substrát je přivedeno kladné napětí > záporné kyslíkové ionty a elektrony jsou urychleny na podložku a dochází k účinné oxidaci kovového povrchu. Takto vytvořené amorfní oxidy slouží jako materiál pro vytváření báze tranzistorů v mikroelektronice. 8

Plazmové metody PECVD (plazma asistovaná chemická depozice z plynné fáze) chemická sloučenina ve formě plynu nebo kapaliny je dopravena do doutnavého výboje. Plazma rozloží chem. sloučeninu a na povrchu vzniká tenká vrstva. Lze tak vytvářet anorganické materiály nebo i polymerní sloučeniny. Správné nastavení plazmového procesu umožňuje deponovat za nižší teploty podložky (srovnej CVD). Velmi rozšířená metoda, např. se používá při výrobě solárních panelů. 9

Plazmové metody ECR elektronová cyklotronová rezonance Cyklotronová frekvence elektronu kolem siločáry magnetického pole musí být v rezonanci s vloženým střídavým elektrickým polem f c = f e pak je rotujícím elektronům neustále dodávána kinetická energie. Pro MW s f e = 2,45 GHz musí být mag. pole B = 875 G. Slouží jako velmi efektivní zdroje iontů. Velmi husté plazma i za nízkého tlaku > používá se např. v PECVD nebo pro ion plating. Vylepšením je ECWR plazma stačí jen RF napětí. Díky mag. poli v plazmatu (dochází k narušení izotropie plazmatu) dochází k šíření polarizované elmag. vlny, která interaguje s elektrony a předá jim energii rezonance. 10

Plazmové metody Depozice pomocí svazku clusterů (CBD). Je to moderní rozvíjející se technologie pro nanášení čistých materiálů, které jsou nanostrukturované. Umožňuje kontrolovaný růst tenké vrstvy. Také patří mezi iontově asistované metody. Materiál je zahříván v malém grafitovém kelímku opatřeném tryskou. Celé je to vložené v UHV komoře. Tenze par vypařeného materiálu >> jak tlak v komoře. Tedy expandující páry z trysky jsou ve vakuu okamžitě zchlazeny. Dochází k formaci clusterů ve vakuu, ty pak dopadají na podložku. Pomocí elektronového děla mohu clustery třeba ionizovat > urychlit na substrát > mohu kontrolovat jejich energii. Vrstva vykazuje velkou čistotu s kontrolovanou velikostí nanočástic. 11

Plazmové metody 12

Plazmové metody Pomocí CBD mohu clustery kovu implantovat do polymeru. Dostanu pak třeba kovovou elektrodu v polymerní fólii tlusté mikrony. 13

Chemické metody plynná fáze Vrstva je vytvářena čistě chemickými reakcemi. Nejznámější je Chemical Vapor Deposition (CVD) chemická depozice z plynné fáze. Chemické prekurzory jsou ve formě plynů > dochází k chemické reakci u substrátu > tvoří se tenká pevná vrstva. Velmi univerzální metoda, stačí zvolit jen vhodné chemické prekurzory, kterých existuje ohromné množství. Použití pro kovy i dielektrika; mohu vytvářet skoro libovolné sloučeniny. Pomocí chemických reakcí kontroluji jak složení, tak i fyzikální strukturu vytvořené pevné látky. Co sem patří: pyrolýza, oxidace, redukce, hydrolýza, nitridace, carbidizace, syntézní reakce, chem. transport. 14

Chemické metody plynná fáze Často musím vytvořit celý řetězec navazujících reakcí, abych dostal požadovaný produkt. Vnější parametry: teplota, tlak, koncentrace prekurzorů, velikost toku plynů, geometrie reaktoru. Vybírám si heterogenní chem. reakce s větší pravděpodobností nastanou na povrchu, než v plynné fázi. Homogenní chem. reakce jsou nežádoucí > tvoří se prášek, vrstva je nehomogenní a nerovnoměrná. Proveditelnost heterogenních reakcí musím první ověřit výpočtem z termodynamických dat. 15

Chemické metody plynná fáze Rychlost chem. reakcí kontroluji teplotou, orientací podložky atp. Pokud existuje prekurzor jen v pevné nebo kapalné fázi, pak je musím vypařit, aniž by došlo k dekompozici a dopravit vyhřívaným potrubím do reaktoru pomocí nosného plynu. Teplota podložky: <600 C nízkoteplotní CVD vrstva má většinou amorfní charakter. Teplota podložky: >1000 C vysokoteplotní CVD vrstva je monokrystalická > roste mi epitaxně podle struktury podložky. CVD má široké uplatnění v mnoha odvětvích průmyslu. 16

Chemické metody plynná fáze Polovodičový průmysl: Izolátory a dielektrika v integrovaných obvodech Polovodiče (Si, GaAs) Vodivé spoje (Mo, W, Al) Příprava tvrdých a otěru odolných vrstev (DLC, boridy, carbidy, nitridy) na nástroje. Antikorozivní vrstvy metalurgický průmysl. Reaktor: vakuová nádoba, vyhřívání, přívod prekurzorů, udržování tlaku a teploty, odstraňování produktů a přebytečných prekurzorů, chlazení stěn (vysokoteplotní CVD), bezpečnost zařízení (prekurzory jsou často toxické). 17

Chemické metody plynná fáze LP CVD (CVD za nízkého tlaku) pracuje s tlakem v reaktoru v řádu 10 Pa až 1000 Pa. Výhody: větší střední volná dráha částic, tedy prekurzor se dostane i do menších skulin > mohu wafery dát blíž k sobě do reaktoru > větší výtěžnost. Lepší čistota tenké vrstvy, nehrozí nežádoucí dopování. Vhodné pro epitaxní růst. Speciálním případem je MOCVD (metal organic CVD). Umožňuje připravovat epitaxní vrstvy různých sloučenin. Lze přesně dávkovat prekurzory a vytvářet definovanou stechiometrii. 18