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 1 ^.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 2_ 2J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 4_ 4W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 5W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 < i ► i ono F6450 9 / 39 Elektronové dělo 6J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Naprašování 7_ 7J.Savel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 9W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 < i ► i ono 13 / 39 Nízkonapěťový oblouk Magnetron PLD - pulse laser deposition http : //en.wikipedia.org/wiki/File : Configuration-PLD.png 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 VACUUM CHAMBER BASEPLATE FORWARD REFLECTED POWER POWER -0—0- RADIO-FREQUENCY GENERATOR rf CABLE 13 13R.V.Stuart: Vacuum technology Thin Films and Sputtering, Academic Press 1983 F6450 18 / 39 Metoda MBE - Molecular Beam Epitaxy ohrev podfožky a motor kryopaneíy s proměnnou rychlostí chlazené elektronové delo a kapalným dusíkem pro RHEED stínítko kvádru pólový podložky hmotnostní spektometr 15_ 15http : //odděleni, fzu.cz/povrchy/mbe/soubory/mbe/mbe-metoda.htm F6450 20 / 39 • 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 16 • 1995 - WSF2 - porucha MBE, STS69 1996 - WSF3 - úspěch 7 vrstev GaAs/AIGaAs, STS80 http://mek.kosmo.cz/pil_lety/usa/sts/sts-60/index.htiTti ►<(_?► F6450 22 / 39 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 4 □ ► 4 S ► 4 Měření tloušťky pomocí kapacitního a odporového monitoru R.V.Stuart: Vacuum technology Thin Films and Sputtering, Academic Press 1983 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 F6450 25 / 39 Optické metody Měření po depozici pomocí mikroskopických a optických metod Mikroskopické metody • SEM • AFM • konfokální mikroskop Optické metody • transmisivita • interferenční metody • elipsometrické metody F6450 27 / 39 Opticky interferometr - Tolanského metoda 19 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 < i ► i ono F6450 28 / 39 Calo tester 20 pro tloustky 0.1-50 fim Diamond paste Clamp Holder- creates a crater through the coating to the substrata Steel sphere Drive shaft Test sample Imaging software um a simple formula to calculate the coating thickness t = x*y ball k-x-iH-v htfr^^^^^yjvd-coati nKS.co.uk/coatiriK-thickness- tester1. htrrP ' / 39 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 4 □ ► 4 S ► 4 Výroba obrazovek - CRT • nanášení AI na vnitřní stěnu skleněné baňky • naparování z W spirály • tlak < 5 x 10~7mbar • čas na celý proces 10 minut W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960_< □ ► ._ -ono F6450 39 / 39