Vytváření vrstev • galvanicky • chemicky • plazmatem • ve vakuu Vrstvy ve vakuu • povlaková ní • MBE • měření tloušťky vrstvy během depozice Vakuová fyzika 2 1/45 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 • 1902 - Edison - naprašování vrstev na válečky fonografu • 1907 - Pirani - 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 VACUUM CHAMBER Vakuovä fyzika 2 5/45 J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 6/45 J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 7/45 Vakuová fyzika 2 9/45 Vakuová fyzika 2 10 / 45 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 12 / 45 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 13 / 45 W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 Vakuová fyzika 2 14/45 Elektronové dělo Vakuová fyzika 2 15 / 45 Naprašování J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 16 / 45 '-■ \ v > ■■, + katoda (terč) materiel terče podložka anoda atom Ar b) J.Šavel: Elektrotechnologie, BEN, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 17 / 45 Vakuová fyzika 2 18 / 45 Nízkonapěťový oblouk www.shm-cz.cz Vakuová fyzika 2 19 / 45 Magnetron www.adnano — tek.com Vakuová fyzika 2 20 / 45 PLD - pulse laser deposition Plasma plume http : //en.wikipedia.org/wiki/File : Configuration-PLD.png Vakuová fyzika 2 21 / 45 PACVD - plasma assisted CVD Rozdělení podle napájení: • DC power • LF power • RF power • CCP - kapacitně vázané plazma • ICP - induktivně vázané plazma • microwave power PACVD BLOCKING CAFWCITOR MATCHING NETWORK ION SHEATH SUBSTRATE SUPPORT FORWARD POWER REFLECTED POWER 0—& RADIO-FREQUENCY GENERATOR rf CABLE BASEPLATE R.V.Stuart: Vacuum technology Thin Films and Sputtering, Academic Press 1983 Vakuová fyzika 2 23 / 45 Epitaxy NOSIČ PODLOŽKY http : //odděleni, fzu.cz/povrchy/mbe/soubory/mbe/mbe-metoda.htm kryo panely chlazené kapalným dusíkem elektronové dělo pro RHEED ohrev podložky a motor s proměnnou rychlostí měrka monitorující tok svazků deskový ventil mechanismus — přenosu vzorku fluorescenční stínítko kvádru póíový hmotnostní spektometr rotující držák podložky http : //odděleni./zu.cz/povrchy/mbe/soubory/mbe/mbejmetoda.htm □ - = Vakuová fyzika 2 25 / 45 velké nároky na vakuum, tlak 10~10 hPa velká čistota vstupních materiálů kvantové tečky, supermřížky, periodický potenciál, speciální polovodičové prvky □ s1 Vakuová fyzika 2 5 J~)<\Qv 26 / 45 Experiment na orbitální dráze • tlak na oběžné dráze raketoplánu ( 500 km) 10-8 hPa • za štítem o průměru 3,6 m, tlak 10-14 hPa • 1994 - WSF1 - porucha orientace, STS60 • 1995 - WSF2 - porucha MBE, STS69 • 1996 - WSF3 - úspěch 7 vrstev GaAs/AIGaAs, STS80 http://mek.kosmo.cz Vakuová fyzika 2 27 / 45 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 5 ^) c\ o 28 / 45 Měření tloušťky pomocí kapacitního a odporového monitoru GLASS SUBSTRATE CONDUCTIVE MASK Resistance monitor. M R.V.Stuart: Vacuum technology Thin Films and Sputtering, Academic Press 1983 □ s1 Vakuová fyzika 2 29 / 45 Metoda měření změny frekvence oscilaci krystalu d = ~-K{Tp - TQ) Qf qq - je hustota deponovaného materiálu, gF - je hustota krystalu, TF - perioda kmitů krystalu s vrstvou, TQ - perioda kmitů krystalu před depozicí Optické metody Vakuová fyzika 2 31 / 45 Měření po depozici pomocí mikroskopických a optických metod Mikroskopické metody • SEM • AFM • konfokální mikroskop Optické metody • transmisivita • interferenční metody • elipsometrické metody Vakuová fyzika 2 □ <3 32 / 45 Opticky interferometr - Tolanského metoda v H W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 t ALX L 2 Vakuová fyzika 2 33 / 45 Calo tester pro tloušťky 0,1-50 /im Diamond paste http://www.pvd-coatings.co.uk/coating-thickness-tester.htm Coating Layer1: Layer 2: Layer 3: Layer 4: Layer 5: Layer 6: Layer 7: Layer 8: thickness: 0.89 fjm 0.22 ji/m 0.17 fjm 0.23 jL/m 0.18/jm 0.25/im 0.23/im 0.35 /jm ■ CT=1.84j/m CT=2.52]L/m www.shm-cz.cz Vakuová fyzika 2 35 / 45 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 hPa • čas na celý proces 10 minut W. Espe: Technológia hmot vákuovej techniky, SAV, Bratislava 1960 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 http : JIen.wikipedia.org/wiki/HubbleSpace-Telescope Vakuová fyzika 2 38 / 45 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 Vakuová fyzika 2 40 / 45 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 41 / 45 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 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.pfeiffer-vacuum.net • www.vakspol.cz • en.wikipedia.org/wiki/main_page Česká vakuová společnost zpravodaj Pragovac Letní škola vakuové techniky www.vakspol.cz □ t3