|
|
|
|
|
|
|
|
|
» Próżniowe, wysokowydajne, osadzanie cienkich warstw dielktrycznych metodą reaktywnego, impulsowego rozpylania magnetronowego – wybór punktu pracy magnetronu
|
|
WITOLD M. POSADOWSKI  KATARZYNA TADASZAK ARTUR WIATROWSKI
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[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
» Magnetronowe rozpylanie – technika i technologia
|
|
Witold M. Posadowski Artur Wiatrowski Katarzyna Tadaszak Józef Kudzia
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[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2012/2
|
|
|
» Próżniowe otrzymywanie cienkich warstw na wielkogabarytowych, szklanych podłożach. Część 1 - magnetron prostokątny WMP100×2500
|
|
Jarosław Halarewicz Witold Michał Posadowski Piotr Domanowski Artur Wiatrowski
Powierzchnie wielkogabarytowych tafli szklanych, pokrywanych
cienkimi warstwami w przemysłowych procesach próżniowych
(np. na potrzeby architektury budowlanej), mogą mieć wielkość
rzędu kilkunastu metrów kwadratowych. Jedynym sposobem, który
może zapewnić równomierne, wydajne i stabilne osadzanie na
nich cienkich warstw jest metoda próżniowego rozpylania. Magnetronowe
układy rozpylające są najszerzej stosowane do tych
celów. Zapewniają one powtarzalne wytwarzanie par materiału
wyjściowego nad pokrywanymi powierzchniami. Powłoki mogą
być nanoszone w postaci warstw jedno- i wieloskładnikowych,
stopów, mieszanin, związków chemicznych, wielowarstw i ostatnio
coraz szerzej wdrażanych tzw. nanowymiarowych struktur cienkowarstwowych.
Tak szerokie możliwości otrzymywania warstw
pozwalają na osadzanie warstw o określonych właściwościach
fizykochemicznych (optycznych, mechanicznych, dekoracyjnych).
Wśród nich można wyróżnić tzw. warstwy funkcjonalne (low-e layers)
(np. Ag); o dużym współczynniku odbicia (np. Cr, Ti...); absorpcyjne
(np. CrN, TiN...); dielektryczne (np. Al2O3, SiO2, TiO2....)
i inne. Podłoża pokrywane za pomocą magnetronowych systemów
rozpylających są stosowane na potrzeby architektury budowlanej,
optyki, fotowoltaiki i wszędzie tam, gdzie korzystne jest osadzanie
warstw na płaskich wielkowymiarowych podłożach.
Układy magnetronowe do nanoszenia warstw przy obniżonym
ciśnieniu są szeroko stosowane zarówno w wielu dziedzinach
przemysłu, jak i w laboratoriach naukowo-badawczych. Zasada
działania tych systemów polega na bombardowaniu jonami gazu
szlachetnego (np. Ar) materiału rozpylanego (targetu), mocowanego
na ujemnie spolaryzowanej katodzie. Obecnie, w większości
wypadków stosuje się impulsowe (unipolarne lub bipolarne) zasilanie
ze średnią częstotliwością. Taki sposób zasilania magnetronu
gwarantuje stabilność procesów rozpylania nawet wówczas,
gdy na materiale rozpylanym tworzą się dielektryczne aglomeraty
(powstają [...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2012/4
|
|
|
» Wpływ parametrów pracy magnetronu na warunki nanoszenia cienkich warstw podczas procesu rozpylania
|
|
Witold M. Posadowski Artur Wiatrowski Katarzyna Tadaszak Maciej Gruszka Krzysztof Zdunek
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[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/11
|
|
|
» Próżniowe otrzymywanie cienkich warstw na wielkogabarytowych, szklanych podłożach. Część 2 - linia przesyłowa
|
|
|
Jarosław Halarewicz Piotr Domanowski Jerzy Dora Andrzej Wawrzak Kazimierz Karwowski Piotr Pinio Artur Wiatrowski Witold Michał Posadowski
Przemysłowe linie osadzania powłok cienkowarstwowych można
podzielić, ze względu na sposób pracy, na systemy tzw. in-line
i off-line. Odpowiednikiem w języku polskim są odpowiednio, potokowe
i wsadowe systemy nanoszenia cienkich warstw. Różnica
między nimi polega na sposobie realizacji cyklu próżniowego.
W wypadku systemu potokowego (in-line) podłoża są pokrywane
powłokami w sposób ciągły i przemieszczają się przez kolejne
komory urządzenia przy "otwartym" wejściu i wyjściu linii. Warunki
próżniowe są osiągane w wyniku pompowania kolejnych komór
oraz śluz między nimi (tzw. komór buforowych). Dzięki odpowiednim
rozwiązaniom konstrukcyjnym są zapewnione wymagane
warunki procesów osadzania warstw przy dynamiczne "otwartym"
systemie próżniowym. Kolejne partie, przesuwających się wzdłuż
linii, podłoży są pokrywane w sposób ciągły powłokami cienkowarstwowymi
i cykl produkcyjny zamyka się w jednym cyklu próżniowym.
W wypadku systemu wsadowego (off-line), po załadowaniu
do komory roboczej określonej liczby podłoży, następuje
proces pompowania, procesy obróbki wstępnej podłoży, właściwy
proces pokrywania warstwami, a następnie komora robocza jest
zapowietrzana. Po zakończeniu cyklu próżniowego, podłoża są
wyładowywane z komory, ich miejsce zajmuje następna partia
podłoży i jest realizowany kolejny cykl próżniowy. Zatem na cykl
produkcyjny składają się kolejne cykle próżniowe.
Wybór systemu do nanoszenia cienkich warstw zależy od
stawionych wymagań. Linie potokowe składają się z kilku (kilkunastu)
komór roboczych, a ich długość jest rzędu kilkudziesięciu
metrów. Działanie systemu wsadowego zakłada prowadzenie procesu
otrzymywania warstw w jednej komorze roboczej. W systemie
potokowym istnieje możliwość pokrywania wielu podłoży, ale
w praktyce tylko płaskich. Mogą również wystąpić ograniczenia
przy stosowaniu bardziej specjalistycznych technologii. W systemie
wsadowym stwarza się różnorodne możliwości technologiczne
oraz zapewnia nanos[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2012/4
|
|
|
|
Strona 1
|
Twój Profil
Twój koszyk
