Vytváření vrstev • galvanicky • chemicky • plazmatem • ve vakuu Vrstvy ve vakuu • povlaková ní • 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 Povlaková n 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 vysokou teplotu lodička z těžko tavitelného materiálu zahřátí průchodem el. proudu velmi jednoduchá aparatura nehodí se pro všechny materiály M.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 < □ ► 5/39 :J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 6/39 3 3W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 19ÉG Vakuová fyzika 2 7/39 4_ 4W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 19ÉG Vakuová fyzika 2 8/39 5W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 19ÉQ Vakuová fyzika 2 9/39 Elektronové dělo 6J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 10 / 39 Naprašování ľ1 • i f—J—.' 'T- 7—r- ft t Ar kathode anode 7J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 ^) o^ o 11 / 39 '-■ \ v > ■■, "■, \ + katoda (terč) materiál terče podložka anoda atom Ar b) 8 8 J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 12 / 39 9 9W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Nízkonapěťový oblouk 1 www.shm-cz.cz Vakuová fyzika 2 < □ ► 14 / 39 Magnetron http : //www.stoner.leeds.ac.uk/Research/Tut5puttering <& i Vakuová fyzika 2 15/39 12 PLD - pulse laser deposition Plasma plume substrate on holder target focussing lens J Laser beam laser in window 12 http : //en.wikipedia.org/wiki/File : Configuration_PLD.pn$0 Vakuová fyzika 2 16 / 39 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 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, Acadetnic Press W83o Vakuová fyzika 2 18 / 39 Metoda MBE - Molecular Beam Epitaxy 14 14http : //odděleni.fzu.cz/povrchy/mbe/soubory/mbe/mbe-metoda.htm* ohřev podložky a motor kr*0Pane|y 8 proměnnou rychlostí stínítko kvádru poJový podložky hmotnostní spektometr 15 15 http : //odděleni.fzu.cz/povrchy/mbe/soubory/mbe/mbe.metoda.htrm Vakuová fyzika 2 20 / 39 velké nároky na vakuum, tlak 10 hPa 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 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/pilJety/usa/sts/sts-60/index.htnib Vakuová fyzika 2 22 / 39 Měření tloušťky tenké v 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 MASK Resistance monitor. 17 17 R.V.Stuart: Vacuum technology Thin Films and Sputtering, Academic Press 1983oq,o Vakuová fyzika 2 24 / 39 Metoda měření změny frekvence oscilaci krystalu d = £QK(TF-TQ) Qf qq - je hustota deponovaného materiálu, qf - je hustota krystalu, 7> - perioda kmitů krystalu s vrstvou, Tq - perioda kmitů krystalu před depozicí Vakuová fyzika 2 25 / 39 Optické metody 18 18 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 26 / 39 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 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Calo tester pro tloušťky 0.1-50 lim Diamond paste http://www.pvd-coatingsxo.uk/coating-thickness-teste?.htnrlg' v < = ► < = ► ■= o^o Vakuová fyzika 2 29 / 39 Coating Layer1: Layer 2: Layer 3: Layer 4: Layer 5: Layer 6: Layer 7: Layer 8: thickness: 0.89 jL/m 0.22 jL/m 0.17 jL/m 0.23 jum 0.18/im 0.25 jL/m 0.23 jL/m 0.35 jL/m - ! CT=1.92pm CT=2.52jum 21 21 www.shm-cz.cz Vakuová fyzika 2 30 / 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 Výroba obrazovek - CRT • nanášení AI na vnitřní stěnu skleněné baňky • naparování z W spirály • tlak < 5 x 10-7hPa • čas na celý proces 10 minut W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 >oq,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 n m • odrazné vrstvy - AI 76.2 nm, fluorid hořčíku - 25.4 nm (UV) • vypuštění - 24.4.1990, let STS 31 23 23 http : //en. wikipedia.org/wiki/HubbleSpace_ Telescope < = ► 4 = ► Vakuová fyzika 2 33 / 39 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 24 «0 q, o Vakuová fyzika 2 35 / 39 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 deposition for minimum layer's roughness ► All-in-one plug & play system http://www.pfeiffer-vacuum.net/ Vakuová fyzika 2 *0 °\ o' 36 / 39 Bariérová vrstva při výrobě plastových lahví PET • transparentní bariérová vrstva SiOx • zlepšení vlastností plastů • zabránit pronikání plynů zejména O2 3 CO2 • PACVD - mikrovlnné plazma • kapacita ~ 10000 lahví za hodinu 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, Academ press, 1983 L. Eckertova: Fyzika tenkých vrstev, SNTL, Praha, 1973 www.svc.org www.fzu.cz www.shm-cz.cz www. pfeif fer-vacu u m. net www.vakspol.cz en.wikipedia.org/wiki/main_page