Nakładanie powłok optycznych na powierzchnie różnych przedmiotów, zarówno codziennego użytku, jak i zaawansowanych urządzeń optoelektronicznych, ma na celu uzyskanie lub poprawę ich określonych właściwości. Podstawowym zadaniem takich powłok jest uzyskanie zadanego przebiegu charakterystyki transmisji lub odbicia światła w określonym zakresie spektralnym [1]. W praktyce typowe powłoki optyczne wykorzystuje się w szerokim zakresie spektralnym od bliskiego ultrafioletu przez zakres widzialnych fal świetlnych do podczerwieni. Przykładem jednych z najczęściej wykorzystywanych w praktyce powłok optycznych są powłoki, umożliwiające zredukowanie strat odbiciowych, czyli tzw. powłoki antyodbiciowe. Nałożenie takiej powłoki np. na powierzchnię detektora sprawia, że więcej fotonów dociera do czynnego obszaru złącza, co pozwala zwiększyć sprawność konwersji światła w prąd elektryczny. Z kolei, nakładanie powłok optycznych o odpowiednio ukształtowanej spektralnej charakterystyce transmisji (odbicia) światła na optycznie neutralne podłoża, umożliwia budowanie takich przyrządów optycznych, jak filtry optyczne, lustra interferencyjne czy rozdzielacze wiązek. Właściwości powłok ściśle związane są z rodzajem materiału oraz technologią ich wytwarzania. Do najbardziej rozpowszechnionych metod stosowanych do wytwarzania powłok optycznych należą metody fizycznego nanoszenia z fazy gazowej PVD (Physical Vapour Deposition) oraz metody chemicznego nanoszenia z fazy gazowej CVD (Chemical Vapour Deposition). W przemyśle, do najczęściej stosowanych należą: parowanie z zastosowaniem wiązki elektronowej bądź laserowej PLD (Pulsed Laser Deposition), platerowanie jonowe IP (Ion Plating), rozpylanie magnetronowe MS (Magnetron Sputtering). W wymienionych metodach może występować także dodatkowe wspomaganie jonami IAD, IBAD (Ion Assisted Deposition, Ion Beam Assisted Deposition), co pozwala wytwarzać powłoki o lepszych parametrach st[...]

  Transparent electronics (TE) is a unique domain of technical sciences that joining of usually two opposite properties: good electrical properties of conductors (semiconductors) and good transparency for optical radiation, especially in the visible part of the light spectrum [1]. Materials suitable for transparent electronics constitute an unusual class that combine sufficiently large energy band gap i.e. > ~3.1 eV, with sufficiently high concentration of electrical carriers (usually in the range 1015 - 1020 cm-3), and a sufficiently large mobility. In regard of the range of electrical conductivity, these materials can be divided into semiconducting (TOS - Transparent Oxide Semiconductor) and conducting (TCO - Transparent Conducting Oxide) oxides. Nowadays, transparent electronics has become an emerging domain that finds a lot of different applications, for example in transparent devices, displays, solar cells, sensors, etc. One of the most known of TE materials is indium-tin oxide compound (ITO) which was elaborated in the mid ‘50s last century. In following years many other oxide materials have also been developed, mostly based on indium, tin and zinc oxides. However, most of known transparent oxide semiconductors are n-type (electron) electrical conductors, therefore further progress in TE requires seeking for new materials and technological processes, and especially those oxide semiconductors with p-type of electrical conduction are strongly advisable. Research works conducted in the past few years have shown that material that is attracting more and more attention in TE is titanium dioxide (TiO2). At room temperature TiO2 is an insulator with a moderately wide band gap (over 3 eV), high refractive index (over 2.3) and low intrinsic light absorption. High transparency level of TiO2 makes it as a suitable material for the use as a coating for many optical purposes. However, its application in TE requires modification [...]

  Ze względu na unikatowe właściwości nowe materiały o gradientowym rozkładzie pierwiastków są ciągle poszukiwane oraz badane w różnych ośrodkach naukowych [1, 2]. Jedną z metod wytwarzania tego typu warstw jest rozpylanie magnetronowe [np. 3, 4], w którym wykorzystuje się jednocześnie osadzanie różnych materiałów, tzw. współrozpylanie [np. 5]. Dzięki wykorzystaniu tej techniki można wytwarzać warstwy o dowolnie zadanym gradiencie [6]. Warstwy gradientowe mają szerokie spektrum zastosowań, poczynając od powłok optycznych do zastosowań w transparentnej elektronice [7], czujników gazów [8], aż po struktury memrystorowe [9]. Dzięki możliwości zadania gradientowego rozkładu pierwiastków w warstwie możliwe jest uzyskanie pożądanych parametrów optycznych, jak i elektrycznych oraz mechanicznych. Dodatkowo możliwe jest uzyskiwanie różnych typów powierzchni oraz struktury krystalicznej. Niniejsza praca poświęcona jest badaniom powierzchni oraz struktury cienkich warstw wytworzonych przy zastosowaniu rozpylania magnetronowego z zadanym gradientem rozkładu wybranych pierwiastków - tytanu oraz miedzi. Wyniki badań Cienkowarstwowe struktury mieszaniny tlenków tytanu oraz miedzi zostały wytworzone przy użyciu wielomagnetronowego stanowiska do rozpylania w Wydziałowym Zakładzie Technologii Próżniowych i Diagnostyki Nanomateriałów Politechniki Wrocławskiej. W celu uzyskania gradientowego rozkładu elementów w objętości struktury, zastosowano konfokalny układ 3 magnetronów: dwóch magnetronów z targetem Ti i jednego z targetem Cu [4, 6]. Magnetrony z targetem z tytanu były zasilane pełną mocą dostarczaną przez zasilacze, natomiast moc zasilania dostarczana do środkowego magnetronu z targetem z miedzi była zmienn[...]

  In recent years, an increased interest of nanocrystalline oxide materials was been observed [1, 2]. Such oxides join a few selected, well-defined properties such as high transparency, good electrical conductivity, hydrophilic or hydrophobic properties, antireflective properties, etc. [3, 4]. In contrary to conventional semiconductors, such thin oxide films, prepared for transparent electronics or solar cells application, combine mainly two specific features [5]: high transparency in visible light and the ability of electrical conduction at room temperature. These oxides, depending on the level of electrical resistivity are divided into two groups of materials: Transparent Conducting Oxide (TCO) or Transparent Oxide Semiconductor. However, in the literature, there is increasing number of reports about trying to get the additional properties, but most showed examples of multilayers. For example, it might be a thin oxide films with additional antireflective properties, prepared as TiO2 /SiO2 multilayers [4, 6] in order to obtain the largest possible reduction of light reflectance. Pemble et al. described dual functionality self-cleaning thermochromic films prepared by APCVD method. The multilayers based on VO2 and TiO2 revealed good degradation of stearic acid under UV radiation and thermochromic properties with the switching temperature of 55oC. In the first part of this paper, the possibilities of characterization of nanostructures used in the Laboratory of Optoelectrical Diagnostics of Nanomaterials located at Wroclaw Univeristy of Technology have been showed. Then antireflective, photoactive nanocrystalline Ti-V oxide as a multifunctional thin film has been presented. Directions of current research The scope of current work carried out in the Laboratory involves the research for new, nanocrystalline oxide materials with unique electrical and optical properties, which might be applied as multifunctional coatings for example s[...]

  W ostatnich latach, w literaturze światowej obserwujemy zwiększone zainteresowanie nanokrystalicznymi materiałami tlenkowymi. Coraz bardziej pożądane są nowoczesne materiały o zadanych, ściśle określonych takich właściwościach, jak np. wysoka przezroczystość, dobre przewodnictwo elektryczne, właściwości hydrofilowe lub hydrofobowe, właściwości antyrefleksyjne itp. [1, 2]. Nanokrystaliczne cienkie warstwy ze względu na fakt, iż łączą w sobie przede wszystkim dwie specyficzne cechy [3]: (1) wysoką przezroczystość dla światła oraz (2) zdolność przewodzenia nośników prądu elektrycznego w temperaturze pokojowej, stanowią alternatywę dla klasycznych półprzewodników. W zależności od poziomu rezystywności elektrycznej, tlenki te, zaliczane są do materiałów typu TCO (ang. Transparent Conducting Oxide) lub TOS (ang. Transparent Oxide Semiconductor). Zwiększone zainteresowanie materiałami typu TCO oraz TOS wynika również z faktu, że bardzo często wykazują one dodatkowo inne pożądane właściwości. Dla przykładu, cienkie warstwy tlenków o właściwościach antyrefleksyjnych, wytwarzane zwykle w układzie wielowarstwowym TiO2-SiO2 [2], pozwalają uzyskać znaczną redukcję współczynnika odbicia światła. Inny przykład stanowią warstwy o właściwościach hydrofilowych, mające zdolność do równomiernego zwilżania wodą powierzchni materiału [1]. Wówczas, krople wody łącząc się w obrębie większego obszaru, zbierają napotykane na swojej drodze wszelkie zabrudzenia i spływając pozostawiają czystą, pozbawioną smug powierzchnię. Zazwyczaj, kąt zwilżania dla wody w wypadku najczę[...]

  Tlenek indowo-cynowy, znany jako ITO , stanowi roztwór stały tlenków In2O3 oraz SnO2 w proporcji odpowiednio 90/10% wag. Powszechne zainteresowanie tym materiałem jest następstwem badań jakie miały miejsce na przełomie lat 40. i 50. ubiegłego stulecia, kiedy zwrócono uwagę na nietypowe właściwości niestechiometrycznych tlenków indu i cyny, wytwarzanych metodami parowania próżniowego [1]. Tlenki te mogą charakteryzować się dużą przezroczystością dla światła widzialnego, na poziomie zazwyczaj powyżej 80% oraz niewielką (jak na tlenki) rezystywnością w temperaturze pokojowej, nawet poniżej 10-3 Ωcm. Duża koncentracja (na poziomie około 1019 - 1021 cm-3) oraz ruchliwość (kilka - kilkanaście cm2 V-1s-1) elektronów w tym materiale sprawia, że jest on chętnie wykorzystywany do wytwarzania przezroczystych elektrod przewodzących w różnego rodzaju wyświetlaczach, np. LCD. ITO może być nanoszony z wykorzystaniem różnych technik, przy czym do najpopularniejszych metod stosowanych w przemyśle należy zaliczyć metody fizycznego nanoszenia z fazy gazowej (PVD): metodę rozpylania (MS) oraz metodę parowania (EBE) [2]. Najważniejsze, ze względu na zastosowania właściwości ITO , do których należą przezroczystość oraz przewodnictwo elektryczne ściśle zależą od warunków nanoszenia warstw w trakcie procesu osadzania oraz od warunków ich obróbki poprocesowej. W niniejszym artykule przedyskutowano zagadnienia związane z doborem warunków osadzania warstw przezroczystych i przewodzących warstw ITO metodą parowania wiązką elektronową. Warstwy wytwarzane były z przeznaczeniem na elektrody sterujące struktur elektrochromowych. Założono, że aby umożliwić poprawną pracę takich struktur warstwy powinny charakteryzować się przezroczystością na poziomie co najmniej 70% oraz rezystywnością nie większą niż 10-2 Ωcm. Część eksperymentalna Warstwy naniesiono na przemysłowym stanowisku do osadzania warstw cienkich metodą parowania wiązką elektronową z k[...]

  Cienkie warstwy srebra znajdują zastosowanie w konstrukcji różnych powłok optycznych. Do jednych z najczęściej wykorzystywanych należą powłoki odbijające promieniowanie optyczne w szerokim zakresie długości fali stosowane do wytwarzania luster. W wypadku warstw Ag o grubości od kilku do kilkunastu nanometrów, warstwy takie wykazują częściową przepuszczalność dla światła w widzialnym zakresie widma promieniowania optycznego oraz odbicie światła w zakresie bliskiej podczerwieni. Taka właściwość Ag znajduje z kolei zastosowanie w konstrukcji tzw. powłok niskoemisyjnych, stosowanych powszechnie w szkle architektonicznym. Projektowanie powłok optycznych, przeznaczonych do różnych zastosowań wymaga znajomości przebiegu charakterystyk dyspersji współczynników załamania i ekstynkcji światła materiału, z którego wytworzona będzie powłoka. W wypadku bardzo cienkich warstw, charakterystyki te mają jednak inny przebieg niż obserwowany dla materiałów litych. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badania oraz analizy właściwości optycznych powłok Ag o grubości 5, 10 i 15 nm wytworzonych metodą parowania wiązką elektronową oraz porównano wyniki projektowania powłok Ag z wykorzystaniem danych uzyskanych dla analizowanych warstw. Część eksperymentalna Cienkie warstwy testowe naniesione zostały na podłoża szklan[...]

  Nanoszenie powłok optycznych na powierzchnię różnych przedmiotów ma na celu nadanie ich powierzchni określonych właściwości optycznych. Najczęściej oznacza to modyfikację wartości współczynnika odbicia światła (Rλ). Nałożenie powłoki optycznej może także mieć na celu wytworzenie takiego przyrządu optycznego jak np. lustro czy filtr. Najprostszą powłokę można otrzymać przez naniesienie na podłoże pojedynczej warstwy z innego materiału. Obecnie do wytwarzania różnych rodzajów powłok w szerokim zakresie spektralnym powszechnie stosowane są tlenki, np. TiO2, SiO2, Al2O3, Ta2O5, oraz fluorki (np. MgF2, CaF2) [1, 2]. Poza dobrą przezroczystością i odpowiednią wartością współczynnika załamania światła (tabela 1) istotnym kryterium, które może zadecydować o możliwości zastosowania tych materiałów na powłoki może być też kompatybilność metody ich nanoszenia z technologią wytwarzania gotowego produktu [1-3]. Teoretyczne podstawy projektowania powłok optycznych rozwijane były między innymi przez A. MacLeoda [4]. Podstawy te oparte są o rozwiązanie układu równań Maxwella dla fali TE (transverse electrical) i polegają na wyznaczeniu wartości współczynników odbicia (Rλ) i transmisji (Tλ) światła. W szczególności, projektowanie powłok polega przede wszystkim na opracowaniu modelu ich struktury. Należy w nim uwzględnić takie parametry jak np.: 1) rodzaj i parametry podłoża, 2) rodzaj i parametry materiałów zastosowanych na poszczególne warstwy, 3) liczba i sposób ułożenia warstw na podłożu, 4) grubości poszczególnych warstw [1, 2]. Wymienione elementy składowe dobierane są w taki sposób, aby uzyskać jak najlepszą zgodność teoret[...]

  Powłoki cienkowarstwowe wytwarzane m.in. metodami PVD od wielu lat cieszą się dużym zainteresowaniem ze strony przemysłu. Jest to związane przede wszystkim z możliwością nadawania nowych atrybutów różnego rodzaju elementom, przez naniesienie na ich powierzchnię cienkowarstwowych powłok o ściśle określonych i pożądanych właściwościach. W szczególności, mogą to być zarówno powłoki metaliczne, dielektryczne jak i półprzewodnikowe [1, 2]. Na przestrzeni ostatnich 20 lat zauważyć można dynamiczny wzrost zainteresowania materiałami cienkowarstwowymi, które przeznaczone są zwłaszcza do zastosowania w konstrukcji różnego rodzaju elementów elektronicznych, jako powłoki gazo- lub termo chromowe, jako warstwy aktywne w czujnikach lub powłoki biologicznie aktywne [1-5]. Z uwagi na właściwości fizykochemiczne powłok cienkowarstwowych, a zwłaszcza na zmiany, jakie zachodzą na ich powierzchni (np. na skutek procesów utleniania), coraz większą rolę dogrywają obecnie powłoki na bazie tlenków metali. Jest to związane z szeregiem ich zalet, do których często można zaliczyć m.in. dużą przezroczystość dla światła, dużą odporność (termiczną, chemiczną i mechaniczną), czy też bardzo dobre właściwości fotokatalityczne [1, 2, 6]. Do tlenków, które powszechnie stosuje się w konstrukcji różnego rodzaju powłok cienkowarstwowych można zaliczyć np. TiO2, Nb2O5, ZnO, SnO2,V2O5, Ta2O5 i ZrO2 [1, 2, 6]. Właściwości tych materiałów zostały już dość dobrze scharakteryzowane, ale nadal istnieje luka dotycząca wiedzy na temat właściwości warstw będących mieszaniną tych tlenków. W szczególności, chodzi tu o innowacyjne, aktywne powłoki cienkowarstwowe, których właściwości zmieniają się w zależności od składu materiałowego, parametrów procesu nanoszenia, a także dodatkowej obróbki poprocesowej (np. wygrzewania w wysokiej temperaturze). Dlatego też, w niniejszej pracy opisano wpływ wygrzewania na właściwości strukturalne i fizykochemiczne powierzchni cienkich war[...]

  Dwutlenek tytanu (TiO2) jest materiałem, który obecnie jest wykorzystywany w wielu dziedzinach współczesnej nauki i techniki, ze względu na swoje liczne zalety [1]. Charakteryzuje się przede wszystkim wysokim współczynnikiem załamania światła, w granicach 2,2-2,6 oraz dużą stałą dielektryczną 80-110. Jest powszechnie wykorzystywany ze względu na swoje unikatowe właściwości, takie jak: nietoksyczność oraz stabilność chemiczna, termiczna i mechaniczna. Istotnym parametrem jest także duża twardość oraz przezroczystość w zakresie fal widzialnych i podczerwieni. Szeroka przerwa energetyczna (Eg), duży poziom absorpcji w zakresie ultrafioletu oraz dobra stabilność w niekorzystnych warunkach są dodatkowymi zaletami TiO2 [2, 3]. Powłoki cienkowarstwowe na bazie dwutlenku tytanu znajdują zastosowanie jako filtry interferencyjne, powłoki antyrefleksyjne, samoczyszczące, ochronne (np. na ogniwa słoneczne) oraz powłoki na elementy specjalnego zastosowania np. w kosmosie [2-7]. Istotną cechą cienkich warstw jest ich adhezja do podłoża, hydrofilowość oraz odporność na ścieranie. Tlenek tytanu wykorzystywany jest także na szeroką skalę w motoryzacji oraz medycynie. Zmianę parametrów TiO2 uzyskuje się przez domieszkowanie różnymi pierwiastkami. Proces ten umożliwia przede wszystkim zmianę jego właściwości elektrycznych. Twardość powłok cienkowarstwowych na bazie TiO2 zawiera się w zakresie od 3 do 12 GPa. Istotny jest fakt, że twardość nie zależy tylko od rodzaju materiału, ale także od sposobu jego wytwarzania struktury krystalicznej oraz wielkości krystalitów [4]. Dwutlenek tytanu (TiO2) może występować w różnych formach: anatazu, rutylu, brukitu oraz w postaci amorficznej. Brukit wykazuje stosunkowo niewielką stabilność termiczną, dlatego jego zastosowanie w nowoczesnych technologiach jest znikome. Praktyczne zastosowanie znajdują zazwyczaj anataz i rutyl. Cienkie warstwy TiO2 o fazie anatazu, mogą być stosowane między innymi jako powł[...]