F4280 Technologie depozice tenkých vrstev a povrchových úprav

Přírodovědecká fakulta
jaro 2024
Rozsah
2/1/0. 3 kr. (plus ukončení). Ukončení: k.
Vyučující
prof. Mgr. Petr Vašina, Ph.D. (přednášející)
doc. Mgr. Lenka Zajíčková, Ph.D. (přednášející)
Garance
doc. Mgr. Lenka Zajíčková, Ph.D.
Ústav fyziky a technologií plazmatu – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. Mgr. Lenka Zajíčková, Ph.D.
Dodavatelské pracoviště: Ústav fyziky kondenzovaných látek – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta (70,00 %), Ústav fyziky a technologií plazmatu – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta (30,00 %)
Rozvrh
Po 19. 2. až Ne 26. 5. St 14:00–15:50 Kontaktujte učitele, Pá 15:00–15:50 Kontaktujte učitele
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Přednáška uvede studenty do problematiky technologie depozice tenkých vrstev a povrchových úprav. Probíraná tematika depozice tenkých vrstev je přehledně rozdělena do několika základních okruhů metod: fyzikální metody depozice - PVD (vakuové napařování a naprašování v magnetronovém uspořádání), chemické metody (CVD, ALD a epitaxe) a plazmochemické metody (plazmatická modifikace povrchů, metoda plazmochemické depozice z plynné fáze - PECVD). Přednáška poskytuje základní porozumění procesům probíhajících během různých metod depozice a modifikace povrchů. Přináší přehled o experimentálních nárocích jednotlivých metod. Obecné poznatky jsou během přednášky dále aplikovány na konkrétní případy depozice a modifikace průmyslově zajímavých materiálů. Přednášené učivo je vhodně doplněno praktickými ukázkami těchto procesů v laboratořích Ústavu fyzikální elektroniky a CEITEC Nano Research Infrastructure.
Výstupy z učení
Student bude po absolvování předmětu schopen: vysvětlit princip depozice tenkých vrstev metody využívajícími plyny/páry;
vysvětlit základní procesy probíhající při vypařování materiálů a rozprašování terčů energetickými svazky částic;
popsat procesy probíhající v plazmatu elektrických výbojů v plynech;
vyjmenovat různé typy plazmových zdrojů/reaktorů pro depozici vrstev a modifikaci povrchů;
popsat různé možnosti depozice tenkých vrstev (vakuové napařování, magnetronové naprašování, CVD, ALD, epitaxy, PECVD) s důrazem na odlišnosti probíhajících procesů a experimentálních nároků těchto metod;
navrhnout vhodnou metodu depozice vrstev s přihlédnutím k hledaným parametrům výsledného produktu.
Osnova
  • 1. Přehled technologií depozice tenkých vrstev, povrchových úprav a metod přípravy mikrostruktur a mikrozařízení. Aplikace tenkých vrstev a povrchových úprav. (Zajíčková)
  • 2. Kinetika plynů (definice pojmu plyn a pára, Maxwellovo rozdělení rychlostí, stavová rovnice, Knudsenova rovnice, střední volná dráha, transportní vlastnosti). (Zajíčková)
  • 3. Teorie depozice tenkých vrstev (úvod do procesu depozice, chemické reakce, fyzisorpce a chemisorpce, povrchová difuze, nukleace, povrchová energie, módy růstu vrstvy). (Zajíčková)
  • 4. Vakuové napařování tenkých vrstev - příklad fyzikální metody depozice (PVD) tenkých vrstev (termodynamika vypařování, rychlost vypařování, vypařování slitin a sloučenin, zdroje pro vakuové napařování, transport, obvyklé metody monitorování depozice). (Zajíčková)
  • 5. Chemické metody depozice tenkých vrstev - chemická depozice z plynné fáze (CVD) a depozice po atomárně tenkých vrstvách (ALD). (Zajíčková)
  • 6. Epitaxní metody depozice - depozice z molekulárních svazků (MBE), CVD epitaxe, kapalná metoda epitaxe, epitaxe po atomárně tenkých vrstvách (ALEp). (Zajíčková)
  • 7. Úvod do plazmových a plazmochemických procesů, typy plazmových zdrojů/reaktorů pro depozice a povrchové úpravy. (Zajíčková)
  • 8. Experimentální nároky vakuových a plazmochemických reaktorů pro depozice a povrchové úpravy. (Zajíčková)
  • 9. Metody plazmochemické depozice z plynné fáze - PECVD. Depozice krystalických diamantových vrstev, amorfních uhlíkových diamantu podobných vrstev (DLC), vrstev amorfního křemíku, oxidu a nitridu křemíku, organosilikonových plazmových polymerů jako ochranných vrstev, aminových a karboxylových plazmových polymerů pro bioaplikace. (Zajíčková)
  • 10. PVD metody naprašování tenkých vrstev. Procesy indukované dopadající částicí na povrch materiálu (rozprašování, přenos energie, emise sekundárních elektronů, implantace). Parametry ovlivňující rychlost rozprašování, vlastnosti rozprášených částic. Analytický výpočet účinnosti rozprašování, simulace procesů pomocí freeware programu TRIM. (Vašina)
  • 11. Magnetronové naprašování tenkých vrstev. Vliv konfigurace magnetického pole. Reaktivní naprašování - vlastnosti procesu řízeného parciálním tlakem nebo průtokem reaktivního plynu. Mechanismy růstu kovových vrstev, nitridů a oxidů kovů. Vliv iontového bombardu a teploty substrátu na kvalitu a vlastnosti vrstev. Moderní trendy magnetronového naprašování – IPVD (depozice z iontů) a pulzní naprašování. Aplikace PVD a IPVD – moderní materiály, mikroelektronika. (Vašina)
  • 12. Seznámení se s depozičními reaktory na ÚFE a v CEITEC Nano Research Infrastructure. Příprava vrstev metodami PECVD, ALD, napařování elektronových svazkem a magnetronovým naprašování. (Zajíčková, Vašina)
Literatura
  • D. Depla et al Reactive sputter depositon, Springer Series in Material Science 109 2008
Výukové metody
Kurz je založen především na přednáškách, které studenty seznamují s celou problematikou. Koncem semestru probíhá blokově laboratorní cvičení, v němž si studenti prakticky vyzkouší dvě metody přípravy vrstev, plazmochemickou metodu z plynné fáze a magnetronové naprašování.
Metody hodnocení
ústní rozprava individuálně s každým studentem
Vyučovací jazyk
Angličtina
Informace učitele
Pokud si předmět zapíše méně než 5 studentů, bude se výuka konat blokově dle harmonogramu domluveného na začátku semestru.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2011 - akreditace, jaro 2009, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2025.
  • Statistika zápisu (nejnovější)
  • Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/jaro2024/F4280