Wyniki 1-8 spośród 8 dla zapytania: authorDesc:"KATARZYNA TADASZAK"

Nanocomposites deposited by reactive magnetron sputtering and their applications

Czytaj za darmo! »

Cienkie warstwy nanokompozytów ze względu na ciekawe właściwości znajdują coraz szersze zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, od elektroniki, przez mechanikę po fotowoltaikę. W pracy zostały przedstawione możliwości wykorzystania reaktywnego rozpylania magnetronowego do nanoszenia warstw kompozytów o rozmiarach charakterystycznych 10 - 300 nm. Omówione zostały właściwości mieszanin tlenków i azotków z metalami (Al, Ti) i wstępnie scharakteryzowane pod kątem możliwych zastosowań. Abstract. Nanocomposite thin films are popular in various industries, from electronics, mechanics to photovoltaics, because of their unusual properties. In paper, the possibility of composite deposition with characteristic size 10 to 300 nm (grains or single layers) with the use of reactive magnetron sputtering technology was indicated. The properties of mixture of oxides or nitrides with metal (Al, Ti) were discussed. The electrical and optical properties of nanocomposites were compared with those of clean oxides and then pre-characterized in terms of possible applications. (Nanokompozyty osadzane metodą rozpylania magnetronowego i ich zastosowania) Słowa kluczowe: reaktywne rozpylanie magnetronowe, nanokompozyty, cienkie warstwy. Keywords: reactive magnetron sputtering, nanocomposites, thin films.Nanocomposites are multiphase solid materials with at least one of the phases of nanometer scale dimensions. This type of coating comprises of no less than two phases: a nanocrystalline phase and an amorphous phase, or two nanocrystalline phases. According to the shape of the crystallites or grains we can broadly classify nanomaterials into four categories [12]: zero (atomic clusters, filaments and cluster assemblies), one (multilayers), two (ultrafinegrained overlayers or buried layers), and three (nanophase materials consisting of nanometer sized grains) as shown in the figure 1. Sputtering of composites from the first category (zero) would be discussed later[...]

Model of high rate reactive pulsed magnetron sputtering


  Several models have been developed to describe reactive magnetron sputtering process. Most of them were based on the classical model derived by Berg et al. [1], which is mainly focused on the target surface condition influence. However, the deposition mechanism is complicated and could not be precisely described with simple analysis of sputtered surface. It requires also studies of collecting area state, plasma properties, particle transport, etc. The deposition of aluminium oxide can be successfully used to illustrate the sputtering process. Aluminium and aluminium oxide differs strongly in regard to emission and sputtering properties. The sputtering yield of Al2O3 is lower than Al, thus with progressing oxidation of the target deposition rate is decreasing. On the other hand, aluminium oxide has two times higher ion induced secondary electron emission coefficient, what indicates increase of emission and changes of plasma impedance. Those properties make aluminium an ideal material for illustrating mechanisms which influence on reactive sputtering process. Experimental details With reference to the Berg’s model, high rate reactive pulsed magnetron sputtering of the aluminium target in argon and oxygen gas mixtures has been studied. High quality dielectric layers were deposited with use of the DPS pulsed power supply and the special construction of magnetron source [2, 3]. The magnetron source WMK-50 equipped with a 50 mm diameter and 7 mm thick aluminium target was used during the experiments. Substrate to target distance was dS-T= 75 mm. The available maximum target power density was about 1000 W/cm2 (however not used in this experiment). The process has been performed in a vacuum system equipped with a rotary and diffusion pump with a pumping speed of 2000 l/s. The final pressure of the deposition chamber was about 2 mPa. All experiments were performed in atmosphere of argon and oxygen gas mixture with total press[...]

Próżniowe, wysokowydajne, osadzanie cienkich warstw dielktrycznych metodą reaktywnego, impulsowego rozpylania magnetronowego – wybór punktu pracy magnetronu


  Impulsowe rozpylanie magnetronowe, to obecnie jedna z najszerzej stosowanych metod otrzymywania cienkich warstw. Jej atrakcyjność wynika z możliwości nanoszenia warstw na podłoża o dużych powierzchniach (przemysł) oraz szerokiego zakresu zmienności parametrów podczas procesów ich osadzania, co pozwala na spełnianie wymagań użytkowników. Modyfikacje takiego sposobu nanoszenia cienkich warstw (np. HIPIMS [1, 2, 3, 4] - ang. High Power Impulse Magnetron Sputtering) pokazują na możliwość otrzymywania struktur o nowych właściwościach, a poszukiwania nowych rozwiązań konstrukcyjno-technologicznych metod magnetronowego rozpylania są kontynuowane. Celem jest dalsze zwiększanie wydajności otrzymywania i czystości warstw przy zachowaniu pełnej kontroli procesów rozpylania. Procedura kontroli nabiera szczególnego znaczenia podczas procesów reaktywnego osadzania warstw, gdy celem staje się otrzymywanie związków chemicznych. Standardowe technologie rozpylania magnetronowego mogą być realizowane: a) w obecności gazu szlachetnego (tzw. rozpylanie argonowe, gdy Ar stosowany jest jako gaz roboczy - mod metaliczny argonowy). Podczas procesu rozpylania, jedyną możliwością tworzenia się związków chemicznych jest reakcja z gazami resztkowymi, b) w atmosferze procesu rozpylania obecny jest intencjonalnie wprowadzany gaz reaktywny (np. N2, O2....), a obszarami potencjalnego tworzenia się związków są: powierzchnia materiału rozpylanego, przestrzeń miedzy targetem i podłożem, powierzchnia podłoża (mod reaktywny). Ograniczeniem w zwiększaniu wydajności osadzania jest pokrywanie się powierzchni rozpylanego materiału tworzącym się związkiem, którego współczynnik rozpylania jest często znacznie mniejszy w porównaniu z materiałem wyjściowym. Zjawisko to z jednej strony ogranicza wydajność procesu, a z drugiej jest przyczyną niestabilności, gdy target jest tylko częściowo pokrywany związkiem. Wówczas, mimo niejednoznacznie zdefiniowanej powierzchni mat[...]

Wydajność nanoszenia cienkich warstw związków metodą reaktywnego impulsowego magnetronowego rozpylania - zjawiska na powierzchni targetu


  Wydajność procesów osadzania związków nieprzerwanie stanowi wyzwanie dla technologii rozpylania magnetronowego. W ciągu ostatnich trzech dziesięcioleci opracowano kilka metod kontroli procesów reaktywnego rozpylania [1-3]. W większości przypadków osadzanie warstw związków wymaga pracy magnetronu w tzw. modzie przejściowym (niestabilności) lub dielektrycznym, co często znacznie ogranicza wydajność nanoszenia warstw - rys. 1. Zwiększenie wydajności osadzania mogłoby być zrealizowane poprzez wybór takiego punktu pracy magnetronu, w którym powierzchnia materiału rozpylanego (targetu-tarczy) nie pokrywałaby się związkiem (mod metaliczny/przejściowy) i stanowiłaby wydajne źródło par metalu podczas całego procesu. Wymaga to jednak ustalenia takich warunków pracy magnetronu, przy których związek będzie osadzany na podłożu, mimo że powierzchnia targetu nie będzie nim pokryta. Podczas prac nad wydajnym otrzymywaniem tlenków z użyciem zasilacza DPS (Dora Power System) opracowano nową metodę kontroli procesu za pomocą parametru zasilacza - tzw. mocy krążącej [5-7]. Jej wartość jest odwrotnie proporcjonalna do obciążenia zasilacza - impedancji wyładowania jarzeniowego w układzie magnetronowym. Parametr ten umożliwia monitorowanie czynników mających wpływ na impedancję wyładowania, a przy ustalonych warunkach procesu, pozwala na śledzenie zmian stopnia utlenienia powierzchni rozpylanej. Tworzące się związki różnią się współczynnikiem emisji elektronów wtórnych wywołanym bombardowaniem jonowym ISEE (Ion induced Secondary Electron Emission). Jego wartość może być większa [...]

Emisja polowa z kompozytowych warstw TiOx + Ti wytworzontch metodą rozpylania magnetronowego


  Emitery wykonane z materiałów kompozytowych zawierają dwie funkcjonalne fazy. Pierwszą fazę stanowi matryca dielektryczna druga to zatopione w niej przewodzące drobiny czy wytrącenia (faza przewodząca). Pod wpływem pola elektrycznego następuje przepływ elektronów pomiędzy drobinkami przewodzącymi i tworzą się ścieżki prądowe, z których na granicy katoda - próżnia emitowane są elektrony (rys. 1) [1]. dzania warstw wynosił 2 minuty. Uzyskano grubość warstw ~120 nm. Wytworzono cztery struktury, których warunki osadzania różniły się ciśnieniem cząstkowym tlenu i mocą krążącą [9]. Na rysunku 2 pokazano schemat struktury emiterowej z kompozytowej warstwy TiOx + Ti oraz fotografię gotowej katody testowej. Rys. 1. Poglądowy schemat emitera kompozytowego Fig. 1. A schematic of composite emitter Do emiterów kompozytowych należą emitery z warstw nanokrystalicznego diamentu i warstw diamentopodobnych (DLC) [2]. W warstwach diamentowych fazą przewodzącą są defekty i stany powierzchniowe na granicach nanokryształów [3]. Podobnie jest w wypadku katod z nanokrystalicznych warstw CN, BN czy GaN [4]. W warstwach DLC fazą przewodzącą są wytrącenia grafitu [5-7]. W katodach z warstw tlenku tytanu TiO2 wykonanych metodą atmosferycznego natryskiwania plazmowego fazę przewodzącą stanowią subtlenki tytanu tzw. fazy Magneliego [8]. Miarą jakości każdego emitera polowego jest współczynnik wzm[...]

Magnetronowe rozpylanie – technika i technologia


  Cienkie warstwy materiałów jednoskładnikowych, stopów i związków chemicznych mogą być otrzymywane metodą rozpylania magnetronowego. Na podłożach o różnych kształtach i rozmiarach, możliwe jest osadzanie warstw przewodzących, półprzewodnikowych i dielektrycznych. Nanowymiarowe struktury cienkowarstwowe jedno- i wieloskładnikowe mogą być wykonywane w postaci wielowarstw, kompozytów, cermetów, mieszanin itp. Atrakcyjność metody magnetronowego rozpylania wynika z możliwości równomiernego, wysokowydajnego osadzania warstw na różnego kształtu powierzchniach, co pozwala spełniać wymagania procesów przemysłowych. W Zakładzie Technologii Próżniowych i Plazmowych, Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, Politechniki Wrocławskiej prowadzone są badania niekonwencjonalnych procesów magnetronowego rozpylania. Obejmują one opracowywanie i wykonywanie prototypów nowych źródeł magnetronowych oraz badania procesów technologicznych realizowanych za pomocą tych urządzeń. W badaniach są wykorzystywane wyrzutnie magnetronowe typu WM (WMK - kołowa, WMP - prostokątna, WMC - cylindryczna), których konstrukcja jest opracowywana pod kątem realizowania oryginalnych technologii nanoszenia cienkich warstw, ze szczególnym uwzględnieniem procesów autorozpylania i impulsowego reaktywnego osadzania cienkich warstw. Układy magnetronowe typu WM Koncepcja budowy magnetronów WM uwzględnia możliwość stosowania tych urządzeń w wysokowydajnych, powtarzalnych procesach technologicznych. Układ magnetyczny magnetronów zapewnia prawidłowe działanie przy stosunkowo niskich ciśnieniach pracy z jednoczesnym efektywnym wykorzystaniem materiału rozpylanego. Wybrane parametry rodziny magnetronów typu WM przedstawiono w tabeli oraz na rys. 1. Układy WM cechuje możliwość pracy przy mocach targetu (znacznie większych) oraz ciśnieniach roboczych (znacznie niższych) odbiegających od wartości stosowanych w standardowych układach magnetronowych. Jest to możliwe dzięki efek[...]

Weryfikacja możliwości zastosowania cienkich warstw TiO2 w charakterze transparentnych pokryć przewodzących ogniw słonecznych różnych typów


  Tlenek tytanu jest półprzewodnikiem, o szerokości przerwy wzbronionej ok. 3 eV, zależnej od struktury krystalograficznej [1], zazwyczaj przeźroczystym w świetle widzialnym. Jest on stosowany jako materiał fotokatalityczny, antybakteryjny, antyrefleksyjny czy samoczyszczący [2-4]. W ostatnich latach badane są możliwości jego zastosowania, jako przeźroczystych elektrod. Ciągle w tej dziedzinie najpopularniejszym materiałem jest ITO czyli tlenek indowo- cynowy, jednak ze względu na wysoki koszt pokryć z tego materiału coraz częściej poszukuje się innych rozwiązań, jakimi są przewodzące tlenki, takie jak ZnO czy TiO2. Cienkie warstwy przewodzących tlenków mogą być osadzane wieloma technikami, zarówno fizycznymi jak i chemicznymi, m.in. metodą zol-żel [5], CVD (ang. Chemical Vapor Deposition) [6], PLD (ang. Pulsed Laser Deposition) [7], czy w procesach rozpylana magnetronowego [8]. Reaktywne osadzanie magnetronowe jest szeroko stosowane ze względu na kilka głównych zalet, takich jak relatywnie niskie temperatury osadzania, możliwość stosowania w wielkogabarytowych instalacjach przemysłowych, łatwe osadzanie związków niestechiometrycznych i kompozytów. Wszystkie te cechy są pożądane w trakcie osadzania przewodzących warstw tlenków. W materiałach tych transport ładunku zapewniony jest przez różnego procesy rozpraszania charakterystyczne dla półprzewodników, których źródłem najczęściej są intencjonalne lub nie domieszki warstwy, czy defekty sieci krystalicznej. W większości przypadków wysoka przewodność jest skutkiem zaburzeń w stechiometrii warstw, powodujących powstanie dodatkowych poziomów donorowych związanych z wakansami tlenowymi lub nadmiarowymi jonami metali. W przypadku osadzania warstw tlenku tytanu metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego istnieje możliwość kontrolowania składu warstwy, a tym samym ilości wtrąceń metalicznych w materiale. Właściwości tlenku zależą od warunków, w jakich przebiegał proces, miedzy innymi[...]

Wpływ parametrów pracy magnetronu na warunki nanoszenia cienkich warstw podczas procesu rozpylania


  Parametrami procesu magnetronowego rozpylania mogą być miedzy innymi temperatura i polaryzacja napylanego podłoża (prąd jonowy płynący do podłoża), które są parametrami technologicznymi procesu nanoszenia. Ustalając ich wartość, można w kontrolowany sposób wpływać na warunki kondensacji cienkich warstw na podłożach. Znajduje to odzwierciedlenie na modelu budowy cienkich warstw otrzymywanych metodą rozpylania, zaproponowanego przez Thorntona [1] i modyfikowanego przez Musila [2]. Budowa osadzanych warstw wynika z relacji miedzy temperaturą podłoża i temperaturą topnienia nanoszonego materiału oraz ciśnienia procesu, które określa energie osadzanych cząstek. Oba wymienione parametry są ze sobą ściśle związane i powinny być kontrolowane. Niestety tak nie jest, ponieważ obok grzania intencjonalnego podłoży pojawia się ich dodatkowe dogrzewanie powodowane energią cząstek kondensujących na podłożu. Temperatura ta może być ~100…150oC większa niż mierzona. Określenie wartości tej temperatury jest niejednoznaczne. Autorzy [3] podkreślają, że należałoby uwzględnić raczej trzy parametry, a mianowicie temperaturę podłoża Tp, temperaturę warstwy Tw i temperaturę powierzchni warstwy Tpw. Temperatura układu podłoże-warstwa narasta w miarę zbliżania się do powierzchni nanoszonej warstwy. Powodem istnienia gradientu temperatury jest egzotermiczne uwalnianie ciepła podczas przemiany par materiału w ciało stałe. Ponadto źródłem ciepła dostarczanego do napylanego podłoża są: jony i neutrale bombardujące podłoże z osadzaną warstwą oraz promieniowanie z targetu, które mimo jego chłodzenia jest znaczącym elementem w transferze ciepła do podłoża. W przypadku procesów reaktywnych dodatkowo należy uwzględniać ciepło reakcji, podczas której tworzone są związki chemiczne na podłożu. Ef[...]

 Strona 1