Vytváření vrstev • galvanicky • chemicky • plazmatem • ve vakuu Vrstvy ve vakuu • povlakování • MBE • měření tloušťky vrstvy během depozice Vakuová fyzika 2 1 / 39 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 Vakuová fyzika 2 2/39 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 Vakuová fyzika 2 Naparování - vypaření materiálu zahřátím na vysokou teplotu • lodička z těžko tavitelného materiálu • zahřátí průchodem el. proudu • velmi jednoduchá aparatura • nehodí se pro všechny materiály Vakuová fyzika 2 4/39 ^.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 5/39 2_ 2J.Savel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 6/39 Vakuová fyzika 2 4W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 < i ► i -O0.O Vakuová fyzika 2 8/39 5W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 9/39 Vakuová fyzika 2 Elektronové dělo 6J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 10 / 39 Naprašování 7_ 7J.Savel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 11 / 39 Vakuová fyzika 2 8_ 8J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 □ ► < 9 12 / 39 9W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 inufli < i ► i -OQ.O Vakuová fyzika 2 Nízkonapěťový oblouk www.shm-cz.cz Vakuová fyzika 2 4 □ ► 4 (5? ► 4 Magnetron n_ 11 http : //www.stoner.leeds.ac.uk/Research/TutSputtering s ► < i ► i -OQ.O 15 / 39 Vakuová fyzika 2 PLD - pulse laser deposition http : //en.wikipedia.org/wiki/File : Configuration-PLD.png ■< i ► i ono 16 / 39 Vakuová fyzika 2 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 CARACITOR TARGET MATCHING NETWORK VACUUM CHAMBER BASEPLATE FORWARD REFLECTED POWER POWER -0—0- RADIO-FREQUENCY GENERATOR rf CABLE 13 R.V.Stuart: Vacuum technology Thin Films and Sputtering, Academic Press W83o<\& 18 / 39 Vakuová fyzika 2 Metoda MBE - Molecular Beam Epitaxy 14 uhttp : //odděleni, fzu.cz/povrchy/mbe/soubory/mbe/mbe-metoda.htm 19 / 39 Vakuová fyzika 2 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 20 / 39 Vakuová fyzika 2 • velké nároky na vakuum, tlak 10~10 hPa • velká čistota vstupních materiálů • kvantové tečky, supermřížky, periodický potenciál,. • speciální polovodičové prvky Vakuová fyzika 2 Experiment na orbitální dráze • tlak na oběžné dráze raketoplánu ( 500 km) 10~8 hPa • za štítem o průměru 3.6 m , 10~14 hPa • 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 ►<(_?► Vakuová fyzika 2 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 Vakuová fyzika 2 Měření tloušťky pomocí kapacitního a odporového monitoru R.V.Stuart: Vacuum technology Thin Films and Sputtering, Academic Press W83o<\& 24 / 39 Vakuová fyzika 2 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 Vakuová fyzika 2 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 Vakuová fyzika 2 27 / 39 Opticky interferometr - Tolanského metoda 19 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 28 / 39 Vakuová fyzika 2 Calo tester 20 pro tloušťky 0.1-50 fim Diamond paste Clamp Holder- creates a crater through the coating to the substrata Steel sphere Drive shaft Test sample Imaging e oftwar* um a simple formula to calculate lha coating thickness t = x*y ball k-x-iH-y 3http://www.pvd-coatinKS.co.uk/coatiriK-triickness-tester.ritrr(gp > < 5 > < -a ► Vakuová fyzika 2 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 Vakuová fyzika 2 31 / 39 Výroba obrazovek - CRT • nanášení AI na vnitřní stěnu skleněné baňky • naparování z W spirály • tlak < 5 x 1CT7hPa • čas na celý proces 10 minut W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, Slovenská akadémia vied, Bratislava 1960 * -O0.O Vakuová fyzika 2 32 / 39 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 (UV) • vypuštění - 24.4.1990, let STS 31 23_ 23http : //en.wikipedia.org / wiki / HubbleSpaceJTelescope ► *s ► 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 Vakuová fyzika 2 Povlakování obráběcích nástrojů Vakuová fyzika 2 35 / 39 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 Vakuová fyzika 2 37 / 39 Závěr Povlakování je důležité pro: • mikroelektroniku • automobilový průmysl • optické zařízení • medicínské aplikace • dekorace • solární panely • stavební průmysl 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 Vakuová fyzika 2 4 (5? ► < -=: ► 4 __ ► 39 / 39