View
2
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Vybrané technologie povrchových úprav
Metody vytváření tenkých vrstev© Doc. Ing. Karel Daďourek
2008
Metody vytváření tenkých vrstev
Vakuové metody – dnes nejužívanější CVD – Chemical vapour deposition PE CVD – Plasma Enhanced CVD PVD – Physical vapour deposition
- napařování – vysokou teplotou- naprašování – účinkem plasmy
Podstata CVD povlakování
Tepelný rozklad halogenidu kovu ve vakuu Příklad : TiCl4 + CH4 → TiC + 4 HCl
2 TiCl4 + N2 + 2 H2 → 2 TiN + 4 HCl Probíhá při teplotách 900 až 1200 oC a tlaku několika
set Pascalů Rychlost růstu vrstvy okolo 5 µm za hodinu Nejnižší teplota těchto reakcí je 750 oC Dnes pro snížení teploty často PECVD – plasmou
podporovaná chemická kondenzace z par CVD jen na keramiku, slinuté karbidy, příp.
rychlořeznou ocel (HSS) U nás – Pramet Šumperk – povlakované SK
Princip CVD
Vakuová komora
PA CVD (Plasma Assisted – se spoluúčastí plasmy)
Elektrony a kladné ionty – pomáhají reakci
Zařízení s VF plasmou
Příklad PACVD
C:H-vrstva uhlíku
-se zabudovanýmiatomy H - DLC
Rozklad jakéhokolivplynného uhlovodíku
VF plasma
Základní druhy PVD
Vysokévakuum
Nosný plynv něm hoří
výboj
Nižší vakuum
Schema naprašování
Rychlost naprašování je úměrná rozdílu tlaku par a tlaku v komoře a nepřímo úměrná odmocnině z teploty
Strukturní model pro napařování
Odporový ohřev
spirálka lodička
Ze žáruvzdorného materiáluWolfram, molybden
Přímý ohřev- jen sublimace
Indukční ohřev
Odpařování elektronovým dělem
Odpařování obloukem
Ve vakuu je oblouk stabilnější
Nutnost pomocné zapalovací elektrody
Me - odpařovaný kov Pevný terčík - target z
odpařovaného kovu - často tyč
PLD – Pulsní laserová deposice
1 – paprsek laseru2 – reflektor3 – čočka4 – vstupní okno5 - Targety na karuselu6 – vytápěný stolek se
substrátem7 – čerpací systém8, 9 - vakuometry
Napařování slitin
Složky nemají stejný tlak par, neodpařují se tedy stejně rychle
Řešení : Odpařování z několika zdrojů „flash evaporation“ – pulzní odpařování
při T >> Tmi
- přerušovaný oblouk- laserové pulzy
Reaktivní napařování
Nízkonapětový oblouk Balzers a ZEZ – zařízení NNO 150
Plasma v přírodě
Děje při dopadu iontu
Základní schema odprašování
Základní schema naprašování
Model pro naprašování - Thornton
Diodové naprašování
Schema reaktivního plátování
Movchanův model tvorby vrstev
Nutnost kompromisů – planární magnetron
Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku)
Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené z targetu příliš rozptylovány na dráze k substrátu – co nejdelší volná dráha
Iontové plátování vyžaduje delší volné dráhy iontů Pro dobrou ionizaci plynu musí být skutečná dráha
elektronů mezi anodou a katodou daleko delší než volná dráha elektronů
Proto snaha udržet velkou volnou dráhu elektronů, ale současně co nejvíce prodloužiz skutečnou dráhu elektronů.
Magnetronový efektPohyb elektronu ve zkřížených polích
Maximálníefekt pro
kolméelektrické
a magneticképole
Srovnání magnetronovéhoa diodového naprašování
Princip planárního magnetronu
Děje v magnetronu
Konstrukce magnetronu
Magnetrony
Výboj v magnetronu Malý kruhový magnetron
Příklad konstrukce magnetronu
1 - permanentní magnety2 - titanový target3 - držák targetu4 - pólový nástavec5 - chladicí voda6 - držák magnetronu
Vzhled již upotřebených targetů
Magnetron a feromagnetický target
Průmyslové magnetrony
Několik vedle sebe Oboustranný typ
Efektivnost magnetronu
Schema magnetronového zařízení
Magnetronové zařízení Balzers a ZEZ – DAM 300K 2/2
ABS magnetrony - zařízení Hauser
Velké průmyslové zařízení(HVM Plasma s.r.o.)
Přípravky na vsázkuvlevo – CVD, vpravo - PVD
Teploty a tloušťky vrstev
Porovnání teplot procesů
Slinuté karbidy
Rychlořezné ažárupevné oceli
Běžné ocelibez TZ
Běžné ocelis TZ
plasty
Vlastnosti vrstev a teplota depozice
Energie jednotlivých procesů
Pro jemné vakuum U šipek příklady procesů s touto energií
Implantace příměsí do kovů Lze implantovat libovolné ionty do libovolné látky. Nezáleží
na rozpustnosti. Lze pracovat při libovolné teplotě. Často nutné chlazení
substrátu. Rozdělení koncentrace podle Gaussovy křivky Velmi tenká vrstva. Hloubka průniku – 1 nm na každý keV
energie – nutné alespoň 100 keV. Nedochází k rozměrovým změnám ani poškození povrchu.
V povrchové vrstvě vzniká tlakové pnutí. Dobře kontrolovatelná a ekologická technologie Prakticky bodový průnik do povrchu. Po ploše musí být
paprsek rozmítán.
Schema iontového implantátoru
Zařízení na iontovou implantaci
Ukázka koncentračního profilu
Nahoře – implantace cínu do křemíku, energie 150 keV1 – přímo po implantaci2- po ohřevu elektronovým paprskem 1,5 J/cm2
Dole – implantace cínu do hliníku, energie 150 keV1 – přímo po implantaci2- po ohřevu elektronovým paprskem 1,5 J/cm2
Užití ve strojírenství Povrchové zpevnění – implantace dusíku a p.
do nástrojových materiálů- chemické změny- tlakové napětí na povrchu
Rozmytí rozhraní mezi povlakem a substrátem Amorfizace povrchové vrstvy – kovové sklo Přímá reakce v povrchové vrstvě – implantace
dusíku do titanu
Recommended