Vytvářeni vrstev • galvanicky • chemicky • plazmatem • ve vakuu Vrstvy ve vakuu • povlakování • měření tloušťky vrstvy během depozice • MBE Velmi stručná historie (více na www.svc.org) • 1857 - Faraday, obloukové vypařování • 1884 - Edison - patent na termální a obloukovou depozici tenkých vrstev z pevných látek • 1907 - Pirany - patent na E-beam tavení • 1912 - vypařování z kelímku • 1940 - E-beam naparování, magnetron • 1945 - opticky filtr s multivrstvou • 1947 - AI vrstva na zrcadlo o průměru 5 m pro dalekohled • 1981 - PVD - tvrdé vrstvy na nástroje • 1998 - DLC - vrstva na žiletkách, komerční výroba □ B> 2/33 Povlakovaní • CVD -chemical vapor deposition • PVD - physical vapor deposition • naparování • elektronové dělo • naprašování • laserová depozice • PACVD - plasma assisted CVD • za atmosférického tlaku • za nízkého tlaku • plasmová depozice • laserová depozice □ B> 3/33 Vypařeni materiálu zahřátím na vysokou teplotu • lodička z těžko tavitelného materiálu • zahřátí průchodem el. proudu • velmi jednoduchá aparatura • nehodí se pro všechny materiály □ B> 4/33 7 ^=5^ -annno- □ S1 F6450 5/33 resistance heating &*—0 inductive heating dielectric crucible □ s - = > / 33 pivka s drátem ^chlazení výparník c^ b) násypka dopravníkový pás 3^1 šnek ' I 33 'f ^-^-f-w-K 1«|. í □ g> - F6450 8/33 Obr. 10-218. Odber pohliníkovaného reflektora (pozri obr. 10-216) z naparovacieho zariadenia. Snímka závodu: General Electric Comp. (pozri Rose). □ g 9/33 x.....^ -Si02(u-w'5cm) -Al ("1:lO'*cm) -Cr(*3-10-$cm) •Sklo F6450 10 / 33 Elektronové dělo H- 3kV= -0 = 0- + - o (i m □ 31 F6450 11 / 33 Naprašovaní t Ar anode -r F6450 12 / 33 1- r a) katoda (terč) materiál Ar*(g terče podložka anoda rX + b) □ S1 F6450 13 / 33 □ S - = -š-OQ^O Nízkonapěťový oblouk l www.shm-cz.cz □ S1 F6450 15 / 33 Magnetron POSITIVE COLUMN REGION (MAY BE DARK) WCUUM TANK (ANODE) □ S1 F6450 16 / 33 PLD - pulse laser deposition F6450 17 / 33 Měření tloušíky tenké vrstvy • Měření během depozice • Odporový a kapacitní monitor • Oscilátor • Optické metody • Měření po depozici • Gravimetrická metoda • Mikroskopické metody • Optické metody • Calo tester F6450 18 / 33 Měření tloušíky pomoci kapacitního a odporového monitoru GLASS SUBSTRATE < Resistance monitor. J y.nt u Ma ffYř n f tz \>>> >>> >* czzzzzzz ĽZZZ2ZZZ2 czzzzzzsža A/ □ S - F6450 19 / 33 Metoda měřem změny frekvence oscilaci krystalu d=^-K(TF-TQ) Qf qq - je hustota deponovaného materiálu, qf - je hustota krystalu, Tp - perioda kmitů krystalu s vrstvou, Tq - perioda kmitů krystalu před depozicí S1 - = š -00,0 Optické metody □ g - F6450 21 / 33 Měření po depozici pomocí mikroskopických a optických metod Mikroskopické metody • SEM • AFM • konfokální mikroskop Optické metody • transmisivita • interferenční metody • elipsometricke metody F6450 22 / 33 Opticky interferometr - Tolanskeho metoda AL X ~L~2 □ g F6450 23 / 33 Colo tester 2 pro tloušťky 0.1-50 fim Diamond paste Clamp Holder Crsitti ■ enter through ihs coating to the substrate Steel sphere Drive shaft Test sample Imaging software uses a simple formula to calculate t lie coating thickness t = x*y ý ball 2 http://www.pvd-coatings.co.uk/coating-thickness-tester.htm F6450 24 / 33 ~9 CT=1.84jLim CT=1.92jL/m ! Coating thickness: Layer 1: 0.89 L/m Layer 2: 0.22 yum Layer 3: 0.17)L/m Layer 4: 0.23 jum Layer 5: 0.18/im Layer 6: 0.25 jL/m Layer 7: 0.23 jL/m PP/ Layers: 0.35 /im i =2.52jLim www.shm-cz.cz □ rS1 F6450 25 / 33 Metoda MBE - Molecular Beam Epitaxy NOSIČ PODLOŽKY F6450 26 / 33 kryo panely chlazené kapalným dusíkem elektronové dělo pro RHEED ohřev podložky a motor s proměnnou rychlosti měrka monitorující tok svazků deskový ventil mechanismus — přenosu vzorku fluorescenční stínítko kvádru pólový hmotnostní spektometr rotujíc! držák podložky □ g> F6450 27 / 33 • velké nároky na vakuum, tlak 10 mbar • velká čistota vstupních materiálů • kvantové tečky, supermřížky, periodický potenciál,... • speciální polovodičové prvky F6450 28 / 33 Experiment na orbitálni dráze • tlak na oběžné dráze raketoplánu ( 500 km) ÍO-8 torr za štítem o průměru 3.6 m , 10~14 torr • 1994 - WSF1 - porucha orientace, STS60 4 • 1995 - WSF2 - porucha MBE, STS69 • 1996 - WSF3 - úspěch 7 vrstev GaAs/AlGaAs, STS80 4 http://mek.kosmo.cz/piljety/usa/sts/sts-60/index.htm t F6450 29 / 33 Hubble Space Telescope • výroba 1977-1979 • broušení 1979-1981 • průměr 2,4 m, celková hmotnost lit • přesnost broušení 30 nm • odrazné vrstvy - AI 76.2 nm, fluorid hořčíku - 25.4 nm • vypuštění - 24.4.1990, let STS 31 ► < -^ ► < Multi Layer Metalizer ► DVD-RAM, DVD±RW, DVD Blue-ray, ^and CD-RW sputtering system ► 9 sputtering chambers, 9 relaxation chambers, and 1 load-lock ► Very high layer uniformity ► Low disk temperature ► Disk rotates during the depositor 3 http://www.pfeiffer-vacuum.net/ s 31 / 33 Závěr Povlakování je důležité pro: • mikroelektroniku • automobilový průmysl • optické zařízení • medicínské aplikace • dekorace • solární panely • stavební průmysl F6450 32 / 33 Literature • R.V.Stuart: Vacuum Technology, thin films and sputtering, Academic press, 1983 • L. Eckertova: Fyzika tenkých vrstev, SNTL, Praha, 1973 • www.svc.org • www.fzu.cz www.shm-cz.cz • www.pfeiffer-vacuum.net • www.vakspol.cz • en.wikipedia.org/wiki/main_page □ g ~ = _ -00,0 F6450 33 / 33