Vytváření 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
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
Naparování - vypaření materiálu zahřátím na vysokou teplotu
• lodička z těžko tavitelného materiálu
• zahřátí průchodem el. proudu
• velmi jednoduchá aparatura
• nehodí se pro všechny materiály
cívka s drátem
9/40
Si0i(2.2-I05cm) Al (*1:lO**cm)
Cr(*3-1Q~6cm)
Elektronové dělo
n ► 4 (5
Naprašování
katoda (terč)
Nízkonapěťový oblouk 1
Magnetron
PLD - pulse laser deposition
PACVD - plasma assisted CVD
Rozdělení podle napájení:
• DC power
• LF power
• RF power
• CCP - kapacitně vázané plazma
• ICP - induktivně vázané plazma
• microwave power
PACVD
ION SHEATH'
SUBSTRATE SUPPORT
BLOCKING CAPACITOR
TARGET
MATCHING NETWORK
PLASMA
VACUUM CHAMBER
BASEPLATE
FORWARD REFLECTED POWER POWER
-Q—0-
RADIO-FREQUENCY GENERATOR
rf
CABLE
19 / 40
Metoda MBE - Molecular Beam Epitaxy
clona
prcka
Cj_5Ga
F6450        20 / 40
ohrev podložky a motor Xryopanely s proměnnou rychlosti
stínítko kvadrupólový podložky
hmotnostní spektometr
4 & >   < = *   4 š ►
• velké nároky na vakuum, tlak 10 mbar
• velká čistota vstupních materiálů
• kvantové tečky, supermřížky, periodický potenciál,...
• speciální polovodičové prvky
Experiment na orbitální dráze
• tlak na oběžné dráze raketoplánu ( 500 km) 10~8 torr
• za štítem o průměru 3.6 m , 10~14 torr
• 1994 - WSF1 - porucha orientace, STS60 2
• 1995 - WSF2 - porucha MBE, STS69
1996 - WSF3 - úspěch 7 vrstev GaAs/AIGaAs, STS80
2http://mek.kosmo.cz/piLlety/usa/sts/sts-60/index.htrrti ► *s ►
F6450        23 / 40
Měření tloušťky tenké vrstvy
• Měření během depozice
• Odporový a kapacitní monitor
• Oscilátor
• Optické metody
• Měření po depozici
• Gravimetrická metoda
• Mikroskopické metody
• Optické metody
• Calo tester
Měření tloušťky pomocí kapacitního a odporového
monitoru
GLASS SUBSTRATE
CONDUCTIVE
M
Resistance monitor.
F6450        25 / 40
94
Metoda měření změny frekvence oscilaci krystalu
d = ^K(TF-TQ) Qf
qq - je hustota deponovaného materiálu, qf - je hustota krystalu,
Tp - perioda kmitů krystalu s vrstvou, 7q - perioda kmitů krystalu před
depozicí
Fig. 6.3  Šliape ď INFICON quartz crystals
4 & >   4 = ►   « ^ ►
Optické metody
Měření po depozici pomocí mikroskopických a optických metod
Mikroskopické metody
• SEM
• AFM
• konfokální mikroskop
Optické metody
• transmisivita
• interferenční metody
• elipsometrické metody
<S> ^1» š O^O
F6450        28 / 40
Opticky interferometr - Tolanského metoda
ALX
3 http://www.pvd-coatings.co.uk/coating-thickness-tester.htmg
4www.shm-cz.cz
O
□  ►    4 fi? ►    <  -E  ►    < Í
Příklady využití tenkých vrstev
• výroba obrazovek
• výroba optických prvků
• sublimační a getrové vývěvy
• povlakování obráběcích nástrojů
• výroba CD, DVD, ...
• bariérová vrstva při výrobě plastových lahví
Výroba obrazovek - CRT
• nanášení AI na vnitřní stěnu skleněné baňky
• naparování z W spirály
• tlak < 5 x 10~7 m ba r
• čas na celý proces 10 minut
Hubble Space Telescope
• výroba 1977-1979
• broušení 1979-1981
• průměr 2,4 m, celková hmotnost 11 t
• přesnost broušení 30 nm
• odrazné vrstvy - AI 76.2 nm, fluorid hořčíku - 25.4 nm
• vypuštění - 24.4.1990, let STS 31
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
Povlakování obráběcích nástrojů
5www.shm-cz.cz
F6450        36 / 40
Bariérová vrstva při výrobě plastových lahví PET
• transparentní bariérová vrstva SiOx
• zlepšení vlastností plastů
• zabránit pronikání plynů zejména O2 a CO2
• PACVD - mikrovlnné plazma
• kapacita ~ 10000 lahví za hodinu
Závěr
Povlakování je důležité pro:
• mikroelektroniku
• automobilový průmysl
• optické zařízení
• medicínské aplikace
• dekorace
• solární panely
• stavební průmysl
4 □ ►   4 S ► 4
Literatura
• 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