MASARYKOVA UNIVERZITA

MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta Ústav fyzikální elektroniky BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Plazmochemická depozice organosilikonových tenkých vrstev Václav Pekař Vedoucí bakalářské práce: Mgr. Lenka Zajíčková, Ph.D. 2008

Rád bych poděkoval vedoucí mé bakalářské práce Lence Zajíčkové za pomoc, ochotu a čas do mě investovaný. Také bych chtěl poděkovat Danielu Frantovi a Davidu Nečasovi za dobré rady a Zuzaně Kučerové za pomoc při depozici vrstev. Děkuji také svým kamarádům a rodině za psychickou podporu a za to, že to se mnou po dobu psaní této práce vydrželi. Prohlašuji, že jsem svou bakalářskou práci napsal samostatně a výhradně s použitím citovaných pramenů. Souhlasím se zapůjčováním práce a jejím zveřejňováním. V Brně dne 21. května 2008 Václav Pekař 2

Anotace: Tématem této práce bylo nanášení tenkých polymerních vrstev metodou plazmochemické depozice z plynné fáze (PECVD). K vybuzení plazmatu bylo používáno vysokofrekvenčního doutnavého kapacitně vázaného výboje a to jak v kontinuálním, tak i v pulzním režimu. Vrstvy byly vytvářeny z oktametylcyklotetrasiloxanu. Jejich optické vlastnosti byly zjišťovány pomocí elipsometrie a měření odrazivosti. Byla studována struktura vrstev a porovnávány optické konstanty pro různé frekvence pulzů v pulzním režimu výboje. Dále byl zjišťován vliv tlaku reaktantu a frekvence pulzů na rychlost depozice vrstvy. Klíčová slova: plazmové polymery, optické vlastnosti, oktametylcyklotetrasiloxan, PECVD Annotation: This work deals with the deposition of thin polymer films by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) in radio frequency capacitive discharge. The discharge was operated in continuous wave as well as pulsed mode. The films were deposited from octamethylcyclotetrasiloxane. Their optical properties were studied by ellipsometry and reflectometry. Structure and optical properties of the films were compared for different pulse frequencies in pulse mode discharge. Additionally, the influence of pressure and pulse frequency on the deposition rate was investigated. 3

Keywords: plasma polymers, optical properties, octamethylcyclotetrasiloxane, PECVD 4

Obsah 1 Úvod 6 2 Teoretická část 7 2.1 PECVD.............................. 7 2.2 Doutnavý výboj.......................... 8 2.3 Optické metody charakterizace tenkých vrstev......... 11 3 Experimentální část 14 3.1 Experimentální uspořádání depozice............... 14 3.2 Příprava a měření vrstev..................... 15 4 Výsledky a diskuze 19 4.1 Postup zpracování optických měření............... 19 4.2 Tloušťka a rychlost depozice vrstev............... 21 4.3 Optické vlastnosti vrstev..................... 26 5 Závěr 29 Literatura 30 5

Kapitola 1 Úvod Tenké vrstvy jsou využívány v mnoha různých průmyslových odvětvích. Jde například o automobilový průmysl, mikroelektroniku, optiku a další. Jednou z dlouho užívaných, ale stále se rozvíjejících metod přípravy těchto vrstev je i PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). PECVD, neboli plazmochemická depozice z plynné fáze, spočívá ve vybuzení plazmatu elektrickým výbojem a následné disociaci molekul plynu. Depozice nemusí probíhat za tak vysoké teploty jako u CVD (Chemical Vapor Deposition), a to je také hlavní výhodou této metody. Další výhodou je i to, že pomocí změny vpouštěného plynu nebo některých parametrů depozice (tlak, koncentrace plynu, výkon, předpětí, atd.) lze dosáhnout rozmanitých fyzikálních a chemických vlastností. Tématem této práce je příprava tenkých vrstev pomocí PECVD z oktametylcyklotetrasiloxanu a jejich charakterizace pomocí optických metod. 6

Kapitola 2 Teoretická část 2.1 PECVD Existuje mnoho metod depozice tenkých vrstev. Buď jde o metody využívající pouze fyzikálních procesů (např. naprašování), nebo pouze chemických procesů (např. CVD), nebo jde o metody využívající kombinaci těchto procesů. Takovou metodou je i plazmochemická depozice z plynné fáze (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition - PECVD). Zjednodušeně se dá princip této metody popsat následovně. Elektrony jsou urychlovány elektrickým polem. Díky nepružným srážkám elektronů s vysokou kinetickou energií s molekulami reaktantu vznikají radikály. Dále dochází k difuzi radikálů k substrátu. Koncentrační spád je zajišťován vznikem radikálů v plazmatu a jejich zachycováním na substrátu, kde se tvoří polymerní vrstva. V některých případech (např. pokud je koncentrace radikálů příliš vysoká) může docházet k chemickým reakcím přímo v plazmatu a tedy tvorbě mikroskopických částic. Tento jev je většinou nežádoucí. V této práci byl pro PECVD použit doutnavý kapacitně vázaný výboj. V případě použití doutnavého výboje není plazma v termodynamické rov- 7

nováze a teplota různých druhů částic se značně liší. Elektrické pole totiž více urychlí elektrony než mnohem hmotnější ionty. Neutrální částice mají teplotu kolem 300 K, ionty mohou mít teplotu od 400 K až do tisíců kelvinů a volné elektrony 10 4 10 5 K [2]. Procesy probíhající v plazmatu zahrnují celou řadu reakcí, z nichž nejdůležitější jsou [3]: Excitace Disociace A 2 + e A 2 + e A 2 + e 2A + e Záchyt elektronu A 2 + e A 2 Disociativní záchyt A 2 + e A + A Ionizace A 2 + e A + 2 +2e Fotoemise A 2 A 2 + hν Abstrakce A + B 2 AB + B Rekombinace A + 2 + e A 2 Aby bylo plazma zachováno, musí docházet k ionizaci molekul plynu stejně rychle jako k rekombinaci. Správným zvolením délky depozice a depozičních podmínek je možné dosáhnout požadované tloušťky tenké vrstvy. Rychlost depozice se zvyšuje s koncentrací přiváděného reaktantu. Pro depozici je možno vybírat různé reaktanty, díky čemuž lze dosáhnout vrstev s různým chemickým složením a různými mechanickými a optickými vlastnostmi. 2.2 Doutnavý výboj Existuje několik typů elektrických výbojů v plynech. Jedním z nich je doutnavý výboj, který byl použit i v této práci. Doutnavý výboj je zapálen v 8

případě, že je za nízkého tlaku (asi do 1000 Pa) aplikováno dostatečné napětí. K ionizaci plynu je tedy využívána pouze energie elektrického pole. Doutnavý výboj může být vyvolán jak stejnosměrným, tak střídavým elektrickým napětím. Plazma je možné budit buď kapacitně (CCP - Capacitively Coupled Plasma), nebo induktivně (ICP - Inductively Coupled Plasma). Pro tuto práci bylo použito střídavé napětí a uspořádání elektrod CCP. Doutnavá část plazmatu je téměř ekvipotenciální a její potenciál Φ p je označován jako plazmový. Pokud je do plazmatu vložen elektricky izolovaný předmět, jeho povrch získá záporný náboj. Elektrony mají mnohem menší hmotnost než ionty. Mají tedy i větší pohyblivost, a tak je jejich tok (způsobený tepelným pohybem) na plochu elektrod větší, než tok iontů. To ale v ustáleném stavu není možné. Díky zápornému náboji na stěně vzniká elektrické pole, které vyrovnává tok elektronů a iontů. Toto pole je také důvodem snížené koncentrace elektronů u povrchu pevné látky. Vzniklá tmavá oblast (viditelná pouhým okem) se nazývá stěnová vrstva. Potenciál Φ f, na který se povrch nabije při kontaktu s plazmatem, se nazývá plovoucí potenciál. Podobně se díky plazmatu nabíjí i povrch obou elektrod. Schéma CCP reaktoru je na obrázku 2.1. Pro časové střední hodnoty plazmového potenciálu Φ p a plovoucího potenciálu Φ f platí přibližně [3]: Φ p Φ f = kt e 2e ln ( mi ), (2.1) 2.3m e kde k je boltzmanova konstanta, T e je teplota elektronů, e je jednotkový náboj, m i hmotnost iontu a m e hmotnost elektronu. Na jednu z elektrod je přiváděno vysokofrekvenční napětí. Protože mají elektrony mnohem menší hmotnost než ionty, rychleji reagují na změny napětí a na elektrody jich během jedné vysokofrekvenční periody dopadne více. Na elektrodách je tedy opět akumulován záporný náboj, dokud se tok iontů i elektronů nevyrovná. Počet dopadajících elektronů samozřejmě závisí na 9

Obrázek 2.1: Schéma CCP reaktoru. 10

velikosti ploch elektrod. Pokud tedy elektrody mají různou velikost, je různý i jejich potenciál a rozdíl jejich potenciálů se nazývá samopředpětí U b.pro samopředpětí platí [3]: U b =0, 83U ξq 1 ξ q +1, (2.2) kde U je amplituda napětí na buzené elektrodě, ξ poměr ploch elektrod a q =1, 25 4 je škálovací parametr, který závisí na modelu stěnové vrstvy a plazmatu. [4] 2.3 Optické metody charakterizace tenkých vrstev V této práci byly pro měření tloušťky a optických vlastností vrstev na křemíku využity dvě optické metody, elipsometrie a měření odrazivosti v oblasti ultrafialové, viditelné a infračervené. Elipsometrie spočívá v měření polarizace prošlého nebo odraženého světla od zkoumaného vzorku při znalosti polarizace světla dopadajícího. Existuje několik možností uspořádání měření. Elipsometr UVISEL firmy Jobin-Yvon, použitý v této práci, pracuje v uspořádání polarizátor - vzorek - kompenzátor - analyzátor. Je důležité poznamenat, že firma Jobin-Yvon z historických důvodů označuje polarizátor symbolem A (jako analyzátor) a analyzátor symbolem P (jako polarizátor). Elipsometr UVISEL využívá fotoelastického fázově modulovaného členu na místě kompenzátoru (označeno M). Pro elipsometrické měření je použit odražený paprsek. Schéma elipsometru je na obrázku 2.2 Pokud předpokládáme, že zkoumaný vzorek je opticky izotropní, pro dopadající a odražené světlo platí Ê o,p Ê o,s =ˆρÊi,p Ê i,s, (2.3) 11

Obrázek 2.2: Schéma elipsometru. L - lampa, P - polarizátor, S - vzorek, M - modulátor, A - analyzátor, D - detektor kde Ê je amplituda elektrické intenzity, u níž dolní index i označuje dopadající světlo, o odražené a indexy s a p označují polarizaci. Elipsometrický poměr ˆρ je dán poměrem Fresnelových koeficientů odrazu pro s a p polarizaci: ˆρ = ˆr p =tanψe iδ, (2.4) ˆr s kde Ψ (azimut) a Δ (fázový posun) jsou elipsometrické parametry systému. Ve fázově modulované elipsometrii je měřenou veličinou intenzita světla, která je vyjádřena vztahem: I(λ, t) 1+I s sin δ(t)+i c cos δ(t), (2.5) kde δ(t) je fázový posuv mezi řádnou a mimořádnou vlnou modulátoru. Při vhodně zvolených úhlech (P M= ±π/4; M =0,π/2, ±π/4 aa = ±π/4) jsou veličiny I s a I c až na znaménka rovny dvěma ze tří přidružených elipsometrických parametrů. Pro čtyři kombinace úhlů M = 0,π/2 a A = ±π/4 12

(tzv. konfigurace II) platí: I s = ± sin 2Ψ sin Δ, (2.6) I c,ii = ± sin 2Ψ cos Δ. (2.7) Pro kombinace M = ±π/4 aa = ±π/4 (tzv. konfigurace III) je I s vyjádřeno opět vztahem (2.6) a I c,iii = ± cos 2Ψ. (2.8) Abychom získali všechny tři přidružené elipsometrické parametry, je nutné měřit v obou konfiguracích. Podrobněji je fázově modulovaná elipsometrie popsána v [1], [5]. Druhou použitou metodou je měření odrazivosti R. Odrazivost je definována jako poměr intenzit odraženého a dopadajícího světla. V praxi se k měření využívá referenčního vzorku se známou odrazivostí. Potom je odrazivost R dána jednoduchým vztahem R = I I = R ref, (2.9) I d I ref kde I d je intenzita dopadajícího světla, I jeintenzitasvětlaodraženéhood vzorku, R ref je odrazivost referenčního vzorku a I ref intenzita světla odraženého od referenčního vzorku. Měření odrazivosti bylo prováděno v oblasti vlnových délek 190 1000 nm. 13

Kapitola 3 Experimentální část 3.1 Experimentální uspořádání depozice Depozice byly prováděny ve válcovém reaktoru z nerezové oceli. Vnitřní průměr reaktoru je 490 mm, výška 246 mm. Uvnitř reaktoru jsou dvě rovnoběžné elektrody ve tvaru disku. Horní, zemněná elektroda má průměr 380 mm. Její vzdálenost od spodní elektrody je nastavitelná. Substrát byl pokládán na dolní, vysokofrekvenčně buzenou elektrodu. Ta má průměr 420 mm. Elektrické pole bylo buzeno vysokofrekvenčním generátorem Cesar 133 (Dressler) připojeným na spodní elektrodu přes přizpůsobovací LC člen. Tento generátor pracuje na frekvenci 13,56 MHz a jeho maximální výkon je 300 W. Nízkého tlaku v reaktoru bylo dosaženo pomocí turbomolekulární vývěvy předčerpávané rotační vývěvou. Mezní tlak byl řádově 0,001 Pa. Jako reaktant byl použit oktametylcyklotetrasiloxan (OMTS). Strukturní vzorec OMTS je na obrázku 3.1. OMTS v kapalném skupenství byl uložen ve skleněné baňce, z té se pak přiváděly páry do reaktoru. Otvory pro přivádění par jsou na horní elektrodě uspořádány na kružnici o průměru 18 cm. Průtok par OMTS byl regulován 14

Obrázek 3.1: Strukturní vzorec oktametylcyklotetrasiloxanu. jehlovým ventilem. Přesná hodnota průtoku Q (pro objem plynu ze standardních podmínek, tj. pokojové teploty a atmosférického tlaku) byla vypočítávána z přírůstku tlaku Δp za časový interval Δt při znalosti objemu reaktoru V podle vztahu Q = Δp V, (3.1) Δt p atm kde p atm je atmosférický tlak. Přírůstek tlaku Δp byl měřen při uzavřeném čerpacím otvoru. Fotografie reaktoru je na obrázku 3.2. 3.2 Příprava a měření vrstev Příprava vrstev probíhala následovně. Do reaktoru na dolní buzenou elektrodu byl umístěn substrát (křemíkové destičky). Poté byl reaktor uzavřen a vyčerpán na nejnižší možný tlak. Před depozicí byl substrát čištěn v kyslíkovém výboji po dobu 10 min při průtoku kyslíku 10 sccm a tlaku 4 Pa. Po ukončení čištění byl nastaven průtok reaktantu a začala vlastní depozice. Po 15

Obrázek 3.2: Fotografie reaktoru. 16

Tabulka 3.1: Depoziční podmínky. Q je průtok OMTS, U b předpětí, p tlak v aparatuře, t délka depozice a f frekvence pulzů v pulzním režimu generátoru. Vrstva Q (sccm) U b (V) p (Pa) t (min) f pulz (Hz) střída (%) D03 0,84-312 0,6 15 n 100 D04 0,84-243 0,6 15 182 91 D06 0,89-180 0,8 24 123 62 D08 0,73-248 2,7 20 n 100 D09 0,69-216 2,5 24 182 91 D10 0,72-210 2,5 24 167 83 D16 0,70-230 2,5 10 n 100 D17 0,76-220 2,4 11 182 91 skončení depozice byl reaktor zavzdušněn a vzorky vyjmuty. Délka depozice se pohybovala od 10 min do 24 min. Průtok OMTS nebylo možné nastavit zcela přesně. Jeho hodnota byla přibližně 0,8 sccm. Čerpací rychlost a tím i tlak v aparatuře před depozicí byl regulován pomocí škrtícího ventilu umístěného mezi vývěvou a čerpaným prostorem. Tlak byl vždy nastaven přibližně na jednu ze dvou používaných hodnot: 0,6 Pa a 2,5 Pa. Výkon vysokofrekvenčního generátoru byl během čištění i během vlastní depozice nastaven na 100 W. Vrstvy byly připravovány v kontinuálním a pulzním režimu. Frekvence pulzů v pulzním režimu je značena f pulz. Jako střída je označován podíl času po který výboj hoří t a celkové délky depozice t. Depoziční podmínky jsou uvedeny v tabulce 3.1. Optické vlastnosti připravených vrstev byly zjišťovány pomocí elipsometrie a měření odrazivosti. Odrazivost byla měřena na spektrometru Perkin Elmer Lambda 45 v rozsahu vlnových délek 190 1000 nm při úhlu dopadu 6. Každá vrstva byla měřena osmkrát a před každým měřením byla nejprve zjiš- 17

těna odrazivost referenčního vzorku. Elipsometrická měření byla prováděna pomocí elipsometru UVISEL firmy Jobin-Yvon opět v rozsahu 190 1000 nm na pěti úhlech dopadu od 55 do 75 krokem 5. Každá vrstva byla měřena celkem osmkrát pro čtyři různé úhly M a dva různé úhly A (viz. kapitola 2.3). 18

Kapitola 4 Výsledky a diskuze 4.1 Postup zpracování optických měření Data pro vyhodnocování optických vlastností vrstev byla získávána z měření odrazivosti a elipsometrie. Naměřené veličiny, tj. odrazivost R a přidružené elipsometrické parametry I s, I c,ii a I c,iii, byly fitovány pomocí programu newad Mgr. Daniela Franty, Ph.D. a Mgr. Davida Nečase. Tímto způsobem byly získány tloušťky a optické konstanty připravených vrstev. Program newad umožňuje pracovat s různými typy disperzních a strukturních modelů. V případě studovaných vrstev se jednalo o slabě absorbující materiál optickými vlastnostmi blízký vrstvám SiO x. Proto jsme zvolili disperzní model založený na parametrizaci hustoty elektronových stavů [6]. Ukázalo se však, že pro dobrou shodu s naměřenými veličinami je nutné vzít v úvahu i nehomogenní strukturu vrstev [5]. Míru neshody mezi experimentálními a teoretickými daty lze popisovat veličinou χ, která je dána vztahem S χ = n k, (4.1) 19

Obrázek 4.1: Model průběhu indexu lomu vrstvy. kde S je reziduální suma čtverců fitu, n počet experimentálních bodů a k počet fitovaných parametrů. V případě optimálního fitu by se veličina χ rovnala jedné. Vrstvy byly fitovány nehomogenním modelem. V tomto případě je struktura vrstvy popsána parametry d 1, d 2 a P (obr. 4.1). Zde je tloušťka vrchní vrstvy označena d 1, d 2 je tloušťka spodní vrstvy a P udává v jaké části vrchní vrstvy nastává zlom v průběhu indexu lomu. Parametr P tedy může nabývat hodnot mezi nulou a jedničkou. Při použití nehomogenního modelu vycházel parametr P blízký jedné. Následně bylo provedeno i fitování při zafixovaném P = 1. Při porovnání obou nehomogenních modelů bylo χ téměř stejné a proto byl v zájmu zjednodušení modelu parametr P z dalších úvah vypuštěn. V tabulce 4.1 jsou jako příklad uvedeny oba fity vrstvy s označením 20

Tabulka 4.1: Porovnání modelu dvojvrtsvy a modelu dvojvrstvy s pozvolným přechodem vrstvy D16. model P χ d 1 (nm) d 2 (nm) dvojvrstva s přechodem 0,98 6,71 131,6 58,9 dvojvrstva 1 6,71 130,1 60,4 D16. Na obrázku 4.2 je vidět srovnání nafitovaných a naměřených hodnot veličin I s, I c,ii a I c,iii pro vrstvu D16. Porovnání nafitovaných a naměřených hodnot odrazivosti R vrstvy D16 je na obrázku 4.3. 4.2 Tloušťka a rychlost depozice vrstev Ke každé vrstvě byla pomocí programu newad a modelu dvojvrstvy určena tloušťka horní vrstvy d 1 a tloušťka spodní vrstvy d 2. Tloušťky vrstev a depoziční časy jsou uvedeny v tabulce 4.2. Z tabulky je vidět, že tloušťka spodní vrstvy d 2 je u všech připravených vzorků přibližně stejná a téměř nezávisí na délce depozice, tlaku, nebo frekveci pulzů. Její průměrná hodnota je d 2 =61nm. Z tloušťky vrstvy a doby depozice lze vypočítat depoziční rychlost. Protože vrstvy byly připravovány v kontinuálním a pulzním režimu, je možné počítat rychlost depozice buď z celkového času t, nebo pouze z celkové doby zapnutí výboje t. Rychlost depozice počítanou z času t budeme označovat v, depoziční rychlost odpovídající času t budeme označovat v.depoziční rychlosti vrstev jsou uvedeny v tabulce 4.4. Z porovnání vrstev D03, D08 a D16 (resp. D04, D09 a D17) vyplývá, že v tomto rozsahu tlaků rychlost v ani v na tlaku nezávisí. Závislost v na střídě byla vynesena do grafu na obrázku 21

1,0 0,5 I s 0,0-0,5-1,0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 vlnová délka (nm) 1,0 0,5 I c,ii 0,0-0,5-1,0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 vlnová délka (nm) 1,0 0,5 I c,iii 0,0-0,5-1,0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 vlnová délka (nm) Obrázek 4.2: Závislosti přidružených elipsometrických parametrů pro vrstvu D16 na vlnové délce. Křížky jsou naměřené hodnoty, plnou čarou je znázorněn fit. 22

Tabulka 4.2: Nafitované tloušťky vrstev. p je tlak v aparatuře před depozicí, χ míra neshody mezi experimentálními a teoretickými daty, t celková délka depozice, t doba zapnutého výboje, d 1 tloušťka horní vrstvy a d 2 tloušťka spodní vrstvy. Jako d je označena tloušťka celé vrstvy, tedy d = d 1 + d 2. vrstva p (Pa) χ t (min) t (min) d 1 (nm) d 2 (nm) d (nm) d03 0,6 9,8 15 15 256 63 319 d04 0,6 4,8 15 13,7 215 49 264 d06 0,8 6,6 24 14,9 374 71 445 d08 2,7 7,1 20 20 289 55 344 d09 2,5 9,2 24 21,8 388 70 458 d10 2,5 8,1 24 19,9 361 62 423 d16 2,5 6,7 10 10 130 60 190 d17 2,4 5,3 11 10 145 54 199 Tabulka 4.3: Rychlost růstu vrstev. p je tlak v aparatuře před depozicí, t celková délka depozice, t doba zapnutého výboje, v depoziční rychlost počítaná z t a v depoziční rychlost počítaná z t střída(%) vrstva p (Pa) t (min) t (min) v (nm/min) v (nm/min) 100 d03 0,6 15 15 21,3 ± 0,03 21,3 ± 0,03 100 d08 2,7 20 20 17,2 ± 0,05 17,2 ± 0,05 100 d16 2,5 10 10 19,0 ± 0,04 19,0 ± 0,04 91 d04 0,6 15 13,7 17,6 ± 0,04 19,3 ± 0,05 91 d09 2,5 24 21,8 19,1 ± 0,04 21,0 ± 0,04 91 d17 2,4 11 10 18,1 ± 0,04 19,9 ± 0,04 83 d10 2,5 24 19,9 17,6 ± 0,03 21,2 ± 0,03 62 d06 0,8 24 14,9 18,5 ± 0,07 29,9 ± 0,11 23

0,6 0,5 0,4 R 0,3 0,2 0,1 0,0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 vlnová délka (nm) Obrázek 4.3: Závislost odrazivosti vrstvy D16 na vlnové délce. Křížky jsou naměřené hodnoty, plnou čarou je znázorněn fit. V grafu je pro přehlednost uveden každý třetí bod. 4.4. Pokud by růst vrstev probíhal pouze po dobu t,rychlostv by při změně střídy měla být konstantní. To, že konstantní není, svědčí o tom, že vrstva roste i v době mezi pulzy. Na obrázku 4.5 je znázorněna závislost celkové tloušťky vrstvy na čase t. Závislost je přibližně lineární. Grafem byla proložena přímka, jejíž směrnice udává průměrnou rychlost růstu vrstvy, v = 17,8 nm/min. V grafu jsou vyznačeny i vrstvy s různou střídou. Z toho, že jsou všechny body téměř na přímce lze vyvodit, že rychlost depozice v je při zapnutém i vypnutém výboji velmi podobná. 24

v' (nm/min) 30,0 28,0 26,0 24,0 22,0 20,0 18,0 16,0 60 70 80 90 100 st ída (%) Obrázek 4.4: Rychlost depozice v v závislosti na střídě. Chyby určení rychlosti jsou velmi malé, proto nejsou v grafu zaznamenány. 450 400 y = 17,8x + 12,9 d (nm) 350 300 250 st ída 100% 91% 83% 62% 200 150 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t (min) Obrázek 4.5: Tloušťka vrstvy v závislosti na čase. 25

4.3 Optické vlastnosti vrstev Jak již bylo diskutováno v kapitole 4.1, připravené tenké vrstvy odpovídají modelu dvojvrstvy. Optické vlastnosti dvojvrstvy popisuje index lomu horní vrstvy n 1, index absorpce horní vrstvy k 1, index lomu spodní vrstvy n 2 a index absorpce spodní vrstvy k 2. Kvůli jednoduchosti modelu jsme předpokládali, že je spodní vrstva neabsorbující, tzn. k 2 (λ) = 0. Za tohoto předpokladu bylo dosaženo poměrně dobré shody teoretických a naměřených hodnot. Zbylé veličiny byly určeny fitováním. Index lomu n 1 aabsorpcek 1 v závislosti na vlnové délce jsou vyneseny do grafů na obrázku 4.6, index lomu spodní vrstvy n 2 je vynesen do grafu na obrázku 4.7. Vrstvy s různou střídou jsou od sebe barevně odlišeny. Všechny vrstvy kromě D06 mají podobný průběh n 1 a k 1. Tato vrstva byla deponována při střídě 62%, což je výrazně méně, než u ostatních vrstev. Bylo zjištěno, že vrstvy rostou po celou dobu t. Je zřejmé, že během doby kdy výboj nehoří, musí probíhat jiné chemické procesy než v průběhu zapáleného výboje. To je patrně příčinou odlišného indexu lomu a absorpce. 26

2,1 2,0 1,9 n 1 1,8 st ída 100% 91% 83% 62% 1,7 1,6 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 vlnová délka (nm) 0,40 0,35 0,30 0,25 k 1 0,20 0,15 st ída 100% 91% 83% 62% 0,10 0,05 0,00 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 vlnová délka (nm) Obrázek 4.6: Index lomu n aabsorpcek povrchové vrstvy. 27

n 2 2,1 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 vlnová délka (nm) st ída 100% 91% 83% 62% Obrázek 4.7: Index lomu n 2 spodní vrstvy. 28

Kapitola 5 Závěr V rámci bakalářské práce byly připravovány tenké vrstvy z OMTS metodou PECVD. K tomu byl využit doutnavý kapacitně vázaný výboj. Vrstvy byly připravovány v kontinuálním a pulzním režimu výboje. Jejich optické vlastnosti byly určovány z elipsometrie a měření odrazivosti. Bylo zjištěno, že připravené vrstvy odpovídají modelu dvojvrstvy. Tloušťka přechodové vrstvy nijak nezávisí na délce depozice a u všech charakterizovaných vrstev se pohybuje od 54 nm do 71 nm. Rychlost růstu vrstev vyjádřená z celkové doby depozice byla u všech vrstev podobná (přibližně 17,8 nm/min). Růst vrstev tedy v pulzním režimu probíhá i během doby kdy výboj nehoří. To bylo dokázáno i ze závislosti depoziční rychlosti (počítané z doby zapnutého výboje) na střídě. Zjištěné hodnoty indexu lomu a absorpce potvrzují, že v pulzním režimu probíhají jiné procesy, než v režimu kontinuálním. 29

Literatura [1] B. Drévillon, Phase modulated ellipsometry from the ultraviolet to the infrared: in situ application to the growth of semiconductors, Prog. Crystal Growth and Charact., 27, 1-87, 1993 [2] J. R. Hollahan, A. T. Bell, Techniques and applications of plasma chemistry, John Wiley, 1974 [3]M.A.Lieberman,A.J.Lichtenberg,Principles of plasma discharges and materials processing, John Wiley, kapitola 11, 1999 [4] M.A.Lieberman,J.Appl.Phys.,65, 1989 [5] I. Ohlídal, D. Franta, Elipsometry of thin films systems, Progress in Optics, 41, 2000 [6] L. Zajíčková, V. Buršíková, D. Franta, A. Bousquet, A. Granier, A. Goullet, J. Buršík, Comparative Study of Films Deposited from HMDSO/O 2 in Continuous Wave and Pulsed rf Discharges,PlasmaProcesss and Polymers, 4, 2007 30