aplikace plazmatu /aplikace plazmatu /
elektrickelektrickéé vvýýbojeboje vv
plynechplynech
především doutnavý výboj
p  10-1 – 102 Pa
nejprve studován stejnosměrný
(ss) doutnavý výboj
ALE pro technologie nevhodné
 střídavé doutnavé výboje:
- nízkofrekvenční
- vysokofrekvenční
- mikrovlnné
plazmovplazmovéé procesyprocesy
v aplikacv aplikacííchch
 mikroelektronika
 automobilový průmysl
 textilní průmysl
 obalový průmysl
 lékařství
 depozice tenkých vrstev:
 polovodiče (křemík)
 kovy (hliník, měď, slitiny)
 dielektrika (oxid křemíku, nitrid křemíku, oxidy
kovů, low-k dielektrika)
 tvrdé a supertvrdé vrstvy (diamant, c-BN, nitridy
kovů, DLC, CN)
 polymerní vrstvy (antikorozní a
ochranné vrstvy, senzory …)
 odstraňování materiálu z povrchu:
 modifikace povrchu
 změna povrchové energie (smáčivost, adheze)
 očkování chemických skupin
 drsnost …
 čištění
 vytváření 3D struktur
PlazmovPlazmovéé zdroje I.zdroje I.
 vysokofrekvenční kapacitní výboj
nízký tlak
 mikrovlnný pulzní výboj
 mikrovlnný ASTEX reaktor
 vysokofrekvenční induktivní výboj
f = 9 GHz
f = 13.56 MHz
f = 3.5 a 27 MHz, P = 1-5 kW
f = 2.45 GHz,
P = 0.5-6 kW
PlazmovPlazmovéé zdroje II.zdroje II.
atmosférický tlak
40 mm
 mikrovlnný pochodňový výboj
 koplanární bariérový výboj
 plazmová mikrotryska
vzduch
kapalina
souhrn plazmovýchsouhrn plazmových
technologitechnologiíí I.I.
 odprašování (sputtering)
 nereaktivní plazmové procesy
 naprašování (sputter deposition
nebo physical vapor deposition)
odstraňování materiálu
fyzikálními procesy
 implantace
kovové vrstvy (i slitiny a kompozity)
souhrn plazmovýchsouhrn plazmových
technologitechnologiíí II.II. reaktivní plazmové procesy
 depozice reaktivním naprašováním
(reactive sputter deposition)
 plazmové leptání (plasma etching)
 plazmochemická depozice z plynné fáze (PECVD)
 plazmová modifikace povrchu
 nitridace, oxidace
odstraňování materiálu fyzikálně-chemickými metodami
deponovaný materiál je odprašován z terče ale dochází i k
chemickým reakcím, ať už v objemu plazmatu nebo na povrchu
pevné látky – depozice nitridů kovů, polymerů, kompozitů apod.
depozice materiálu fyzikálně-chemickými metodami
kombinuje oba předchozí procesy
plazmovplazmovéé leptleptáánníí
 reakce vysoce reaktivních neutrálů (např.
atomární chlór) s povrchem za vzniku těkavých
sloučenin
 bombardování povrchu ionty
- odstranění povrchové kontaminace blokující
leptání
- příspěvek ke kinetice leptání
izotropní
leptání
anizotropní
plazm. leptání
co to je CVD ?co to je CVD ?
 chemical vapor deposition (CVD)
tepelně řízená chemická depozice z plynné
fáze (reaktanty v základním stavu):
R1 R2 R3
R4
R5R6R7
plynná fáze pevný
povrch
1. transport reaktantů do prostoru depozice
2. difuze reaktantů na povrch substrátu
3. adsorpce reaktantů
4. fyz.-chem. procesy  vrstva a vedlejší produkty
5. desorpce vedlejších produktů
6. difuze vedlejších produktů do toku plynu
7. transport vedlejších produktů z prostoru
depozice
a co PECVD ?a co PECVD ?
 plasma enhanced CVD (PECVD)
metoda CVD, kde je v plynu zapálen výboj
(plazma):
 dochází ke srážkám energetických elektronů
s těžkými částicemi plynu
 produkce vysoce reaktivních částic
 probíhají dva alternativní depoziční procesy
R1 R2 R3
R4
R5R6R7
plynná fáze pevný
povrch
R2
* R3
*
R5
*R6
*
R4
*
 plasma assisted CVD (PACVD)
PEPECVD xCVD x CVDCVD
při PECVD je plazmatická větev reakčního schématu mnohem
významnější, protože:
 koeficient ulpění vysoce reaktivních částic je blízký jedné
 aktivační energie chemických reakcí jsou nižší v případě
excitovaných reaktantů
BA 

 eAeA *
'*
BA 
tepelná
plazmatická
reakční větev:
PECVD – nižší teplota depozice, možnost depozice nových
materiálů, nahrazení nebezpečných reaktantů jinými
ale komplexnost chemických reakcí a procesů, horší selektivita a
řízení reakce, možnost poškození energetickými ionty, uv zářením
a elektrostaticky (hromadění náboje)
24334 H12NSiNH4SiH3 
,H3SiNHNHSiH 234 
700-900oC
250-350oC
PECVD materiPECVD materiáállůů
s ks křřememííkemkem I.I.
 dielektrické vrstvy pro mikroelektroniku
nitrid křemíku: SiH4+NH3 nebo SiH4+N2
T=250-400 oC
oxid křemíku:
(závěrečná ochranná
pasivace pro i.o.)
(dielektrická
oddělující vrstva)
SiH4+N2O/NO/CO2/O2
T=200-400 oC
Si(OC2H5)4 + O2
tetraetoxysilan (TEOS)
PECVD materiPECVD materiáállůů
s ks křřememííkemkem II.II.
low-k dielektrika:
(dielektrická oddělující
vrstva pro ULSI)
organokřemičitany + O2/… + …
 polovodičové vrstvy pro mikroelektroniku
organokřemičité skla
(OSG)
epitaxní křemík: SiH4+H2 T=800 oC
polykrystalický křemík: SiH4/SiH2Cl2+H2/Ar T=450-700 oC
(gate elektroda a spojující materiál
v MOS i.o., panely solární energie)
 … dielektrické vrstvy pro mikroelektroniku
 vrstvy SiOx a SiOxCyHz pro celou řadu dalších aplikací
otěruvzdorné vrstvy pro plasty, protikorozní vrstvy pro kovy,
bariérové vrstvy pro obalový a farmaceutický průmysl,
biokompatibilní vrstvy
směsi s organokřemičitany (TEOS, HMDSO, …)
PECVD materiPECVD materiáállůů
na bna báázi uhlzi uhlííkuku
 diamantu podobné uhlíkové vrstvy (DLC)
 diamantové vrstvy (mikro a nano)
 uhlíkové nanotrubky
 polymerní uhlovodíkové vrstvy (a-C:H)
CH4/C2H2/… + (Ar/H2), T < 300 oC
CH4/C2H2/… + H2 + katalyzátor
(Fe, Ni, Co), T = 400-700 oC
0,1 - 5% CH4/C2H2/… v H2
v.f. plazma p=0,01-4kPa, Tplynu=1000-1500oC, P=0.5-3kW
m.v. plazma p=2-10kPa, Tplynu=2000-2500oC, P=0.5-2kW
T=700-1000oC
iontový bombard (samopředpětí)
PECVDPECVD
uhluhlííkovýchkových
nanotrubeknanotrubek
PlazmovPlazmovéé modifikacemodifikace
povrchpovrchůů
 polycarbonate (PC)
 non-woven polypropylene (PP) textiles
 polyester (PES) cords
 filter paper
 polyethyleneterephthalate (PET) knitted
vascular prostheses