Plazmové technológie

 plasma

 

Plazmou podporovaná iónová implantácia (PIII)

Technika PBII bola vyvinutá v snahe získať vyššie prúdové hustoty iónov, z dôvodu dosiahnutia podstatne kratších časov implantácie, ako aj možnosti implantovania komplikovaných tvarov povrchov, čo nie je možné dosiahnuť pri implantácií pomocou iónového zväzku. Účinnosť PBII je v porovnaní so štandardným implantačným procesom lepšia najmä pre nízkoenergetické implantácie s vysokými dávkami.

Pri PBII je vzorka ponorená v plazme obsahujúcej požadované druhy iónov, kde vysokonapäťové pulzy sú aplikované priamo na substrát. Ióny sú extrahované z plazmy a sú implantované do povrchu materiálu.

Prúdová hustota iónového lúča závisí od parametrov plazmy a predpätia a jeho hodnota je rádovo (1 – 10) mA/cm2. Vysoké napätie v impulznom režime sa používa na zníženie teploty substrátu ako aj na kontrolu nabíjania. Typické dĺžky pulzov sú v rozmedzí od 2 do 100 µs pri frekvenciách niekoľko 100 Hz až 3 kHz. Teplota substrátu môže byť kontrolovaná zmenou implantačných parametrov a môže byť v rozmedzí od izbovej teploty do 600°C bez ďalšieho zahrievania. Samoregulačná kontrola náboja dosiahnutá striedavým priťahovaním iónov a elektrónov umožňuje opracovávať nielen vodivé materiály, ale aj izolanty.

 Aplikácie plazmou podporovanej iónovej implantácie

  • Dopovanie kremíka fosforom a bórom pomocou metódy PBII pre fotovoltaické články
  • Supertvrdé povrchy: Nitridické vrstvy bóru a titánu
  • Povrchová ochrana titánu a TiAl zliatin: Ochrana TiAl proti vysokoteplotnej oxidácii a progresívne povlaky pre Ti a TiAl zliatiny
  • Biomateriály: Nanoporézne kovové materiály, tribologické ochranné povlaky, antibakteriálne povrchy, biokompatibilné povrchy a bariérové vrstvyNitridácia nehrdzavejúcej ocele a hliníka.
  • Nitridácia nehrdzavejúcej ocele a hliníka.

 

 

Reaktívne magnetrónové naprašovanie

Reaktívne magnetrónové naprašovanie je populárna a osvedčená technika na výrobu tenkých vrstiev a povlakov ako oxidy, nitridy a karbidy. V rámci procesu plazmovej depozície sú ióny argónu pochádzajúce z plazmového výboja urýchľované smerom ku kovovému terčíku. Dopad iónov na terčík spôsobuje sériu zrážok medzi atómami terčíka a dochádza k vyrazeniu týchto atómov. Tento proces vyrážania atómov je známy ako naprašovanie. V režime reaktívnej depozície sa môžu pridať do procesu malé množstvá reaktívneho plynu ako kyslík či dusík. Tieto reagujú s naprašovaným materiálom a vytvárajú požadovanú vrstvu zlúčenín na substráte.

Pri tomto procese dochádza k neželanému efektu „otrávenia“ terčíka. Akonáhle je reaktívny plyn zavedený do procesnej komory, reaguje aj s povrchmi, ako sú steny komory a odprašovaný terčík. Intenzívna erózia (spôsobená odprašovaním) v magnetrónovom kanáli odďaľuje kompletné „otrávenie“ (vytváranie zmesi) povrchu tohto kanálu. Otrávenie kanálu preto zvyčajne postupuje rôznymi štádiami ako funkcia parciálneho tlaku reaktívneho plynu a času. Počiatočná fáza je čistý kovový kanál terčíka (režim „kovového“ odprašovania) a konečná fáza je úplne zreagovaný povrch kanála (režim „zmes“ alebo úplne otrávené odprašovanie). Medzietapy sa nazývajú prechodové oblasti.

 

Princíp magnetrónového naprašovania:magnetron napras

  • Používa atómy procesného plynu Ar, O2, N2 ...
  • Plazma vzniká ionizáciou plynu, je zmesou elektricky neutrálnych atómov   a nabitých iónov
  • Kladne nabité ióny sú urýchlené pomocou negatívneho predpätia k terču (katóda)
  • Z terču sú vyrazené atómy, ktoré vytvárajú povlak na substráte (anóda)
  • Výsledkom je homogénny, extrémne hladký povlak bez mikrokvapôčok

 

Príklady na reaktívne naprášené povrchy:

  • zariadenia s OLED obrazovkou,
  • antireflexné vrstvy
  • prvky laserovej optiky,ITO-m pokryté sklo,
  • ITO-m pokrytá polymérna sieťdekoratívne oxidové vrstvy,
  • závitníky pokryté TiN vrstvou,
  • frézovacie nástroje pokryté DLC vrstvou,
  • Ti-O-N vrstvou pokrytý tepelný solárny panel.

 MAGNETRÓNOVÉ NAPRAŠOVANIE - princíp

Elipsometria

Elipsometria je optická analýza tenkých vrstiev, ktorá je zameraná na meranie optických vlastností materiálov (index lomu, koeficient absorpcie, anizotropia, zloženie) a hrúbky vrstiev. Je to nedeštruktívna metóda, ktorá využíva šikmý dopad monochromatického svetla a je založená na zmene polarizácie svetla po odrazení od rozhrania dvoch rôznych prostredí. Namerané hodnoty závisia od optických vlastností a hrúbky jednotlivých materiálov. Pre zložitejšie vzorky je nutné vytvoriť numerický model zmeny optických vlastnosti polarizácie svetla pri odraze od vzorky.

Elipsometria nevyžaduje na rozdiel od spektrofotometria referenčné merania. Vďaka použitiu polarizovaného svetla je výhodou elipsometrie malá citlivosť voči kolísaniu signálu a nevyžaduje ochranu pred rozptýleným svetlom. Ak je použitých viac vlnových dĺžok, ide o spektroskopickô elipsometriu. Tým je okrem možnosti určenie závislosti optických vlastnosti látky na vlnovej dĺžke, taktiež možné zvýšiť presnosť určenie hrúbky látky a zväčšiť odbor jej merateľnosti.

 

Ústav výskumu progresívnych technológií
Materiálovotechnologická fakulta STU
Jána Bottu 8857/25
917 24 Trnava
GPS:  48.37088 17.572509

MTF Logo

Logo STU