CZ29907U1 - Zařízení k vytváření tenkých depozičních vrstev pomocí nízkotlakého plazmatu - Google Patents
Zařízení k vytváření tenkých depozičních vrstev pomocí nízkotlakého plazmatu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ29907U1 CZ29907U1 CZ2016-32621U CZ201632621U CZ29907U1 CZ 29907 U1 CZ29907 U1 CZ 29907U1 CZ 201632621 U CZ201632621 U CZ 201632621U CZ 29907 U1 CZ29907 U1 CZ 29907U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- source
- low
- clusters
- substrate
- deposition
- Prior art date
Links
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title claims description 27
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 23
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 4
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 23
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical class COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012707 chemical precursor Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000168 high power impulse magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
Oblast techniky
Technické řešení spadá do oblasti nízkotlakého plazmatu, které se používá pro různé aplikace jako je plazmatická depozice tenkých vrstev, plazmové leptání, plazmové iontové zdroje atd., a týká se konstrukce zařízení k vytváření tenkých depozičních vrstev pomocí nízkotlakého plazmatu.
Dosavadní stav techniky
V současné době byla vyvinuta celá řada systémů pro tvorbu a depozici nanočástic, tzv. klastrů, které jsou vytvářeny v pracovní komoře přímo v jejím vnitřním prostoru shlukováním částic. Takto vzniklé nanočástice jsou pak transportovány směrem k substrátu, kde dochází k jejich depozici. Některé příklady zdrojů klastrů jsou uvedeny např. ve statích Haberland, M. Karrais, M. Mail, A new type of cluster and cluster ion source Z. Phys. D Atoms, Molecules and Clusters 20, 413-415 (1991)) a spisech US 4, 217, 855, US 5, 019, 712; US 20080142735, US 7, 670, 964 nebo US 20020036261. Určitou skupinu zdrojů klastrů tvoří systém s nízkoteplotním plazmatem. Shlukování a tvorba klastrů vzniká v prostoru nízkoteplotního plazmatu. Některé plazmové zdroje klastrů jsou uvedeny ve stati K. Franzreb I, A. Wucher and H. Oechsner, Formation of neutrál and positively charged clusters (Ag, and Ag,+, η I 4) during sputtering of silver, Surface Science Letters 279 (1992) L225-L230. Jedním plazmovým zdrojem klastrů je magnetronový zdroj, který se používá v mnoha případech a je popsán a studován ve stati P. V. Kashtanov, B. M. Smimov and R. Hippler, Efficiency of cluster generation in a magnetron discharge EPL, 91 (2010) 63001. V tomto systému jsou v magnetronovém výboji pracujícím za vyššího tlaku (10-30 Pa) rozprašovány atomy terče, které se díky zvýšenému tlaku v oblasti výboje shlukují do nanočástic. Tyto vytvořené částice (klastry) se pohybují ve směru kolmém k povrchu magnetronového terče, kde pak prochází kruhovou clonou (diafragmou) do oblasti nízkého tlaku v rozsahu 0,05 až 1 Pa, který je čerpán vakuovou vývěvou s vysokou čerpací rychlostí. Část takto vytvořených klastrů je nabitá záporně, část kladně, ale značná část klastrů bývá neutrální. Ionizace klastrů v uvedených systémech byla popsána ve stati Chuhang Zhang, Hironori Tsunoyama, Hiroki Akatsuka, Hiroki Sekiya, Tomomi Nagase, and Atsushi Nakajima, Advanced Nanocluster Ion Source Based on High-Power Impulse Magnetron Sputtering and Time-Resolved Measurements of Nanocluster Formation, J. Phys. Chem. A 2013, 117, 1021110217. Aby vytvořené klastry bylo možné lépe využít pro technologické účely, případně řídit jejich energii dopadu na substrát, bylo by výhodné, aby velká část klastrů byla ionizována. Potom by bylo možné vytvořit systém pro depozici kompozitních vrstev, kdy na substrátu z dalšího plazmového zdroje je vytvářena tenká vrstva jako matrice a zdroj klastrů do vrstvy implantuje vlastní klastry. Takovýto systém je popsán ve stati Muhammad Elanif, Raghavendra R. Juluri, Manohar Chirumamilla, Vladimír N. Popok, Poly(methyl methacrylate) Composites with Sizeselected Silver Nanoparticles Fabricated Using Cluster Beam Technique, JOURNAL OF POLYMER SCIENCE, PART B: POLYMER PHYSICS 2016, 54, 1152-1159. Pokud bychom dosáhli toho, že by velká část klastrů byla ionizována s jedním znaménkem, bylo by možné klastry k substrátu urychlovat elektrickým polem a dosáhnout tak jejich řízené implantace do deponované vrstvy. Metoda dodatečné ionizace klastrů byla dosažena např. pomocí výboje v duté katodě, jejímž prostorem klastry procházely a byly ionizovány. Tento způsob ionizace klastrů je uveden ve stati Amir Mohammad Ahadi, Alexander Hinz, Oleksandr Polonskyi, Thomas Trottenberg, Thomas Strunskus, Holger Kersten, and Franz Faupel Modification of a metal nanoparticle beam by a hollow electrode discharge Journal of Vacuum Science & Technology A 34, 021301 (2016).
Ve statích Pfeiffer BJ. Skin Effect in Anisotropic Plasmas and Resonance Excitation of ElectronCyclotron Waves, I. Theory Appl Phys 1966; 7:1624-8; B. Pfeiffer, Skin Effect in Anisotropic Plasmas and Resonance Excitation of Electron-Cyclotron Waves. II. Experiments, Journal of Applied Physics 37, 1628 (1966); H. Qechsner, Electron Cyclotron Wawe Resonances and Power Absorption Effects in Electrodelles Low Pressure H. F. Plasmas with a Superimposed Static Magnetic Field, Plasma Physics, Vol. 16, (1974) pp. 835 to 844. je popsán ECWR
- 1 CZ 29907 Ul (Electron-Cyclotron Waves Resonance) nízkotlaký výboj, který Ke své činnosti využívá vlnovou rezonanci elektronové cyklotronové vlny v plazmatu v prostoru závitu pro vysokofrekvenční induktivní excitaci plazmatu. Frekvence buzení ECWR výboje se pohybuje typicky v rozsahu 13,56 až 27,12 MHz. Jeho výhodou je to, že vytváří plazma s velmi vysokou hustotou plazmatu za velmi nízkého tlaku až 0,05 Pa. Ve spise CZ 23845 Ul je popsán plazmový systém určený pro depozici perovskitových tenkých vrstev, využívající modifikovaného křemenného krystalového monitoru (QCM - Quartz Crystal Monitor), který umožňuje měřit ionizační frakce depozičních částic při využití magnetického filtru pro elektrony s možností přikládat na měřící elektrodu stejnosměrné kladné nebo záporné předpětí. Tento QCM monitor má pak využití v jiných oblastech aplikací nízkotlakého plazmatu.
Cílem předkládaného technického řešení je představit nové zařízení k vytváření tenkých depozičních vrstev pomocí nízkotlakého plazmatu, které využívá veškeré známé poznatky z této oblasti pro zajištění efektivní ionizace klastrů a jejich deponování v ionizovaném stavu na substrát. Podstata technického řešení
Stanoveného cíle je dosaženo technickým řešením, kterým je zařízení k vytváření tenkých depozičních vrstev pomocí nízkotlakého plazmatu, které je tvořeno vakuovou komorou, v jejímž vnitřním prostoru jsou jednak protilehle umístěny zdroj klastrů a držák substrátu propojený s bipolámím zdrojem a jednak bočně zavedeny nízkotlaký depoziční zdroj a přívod pracovního plynu, kde mezi zdrojem klastrů, do něhož je zaveden přívod pracovního plynu a který je s vnitřním prostorem komory propojen clonou, a mezi držákem substrátu je v oblasti nízkého tlaku uložen ECWR zdroj, který je tvořen páskovým prstencovým závitem propojeným s vnějším vysokofrekvenčním zdrojem, přičemž jednak vně prstencového závitu jsou umístěny dvě Helholtzovy cívky, jednak jsou do vnitřního prostoru komory bočně zavedeny nízkotlaký depoziční zdroj a přívod reaktivního plynu, a jednak je bočně vedle substrátu umístěn modifikovaný QCM vybavený magnetickým elektronovým filtrem, měřící elektrodou a napájený vysokofrekvenčním pomocným zdrojem.
Ve výhodných provedeních je nízkotlaký depoziční zdroj tvořen rozprašovacím magnetronem nebo PECVD depoziěním zdrojem nebo PVD depozičním zdrojem.
Novým technickým řešením se dosahuje vyššího účinku v tom, že ionizované klastry jsou implantovány do deponované vrstvy definovanou energií, jejíž velikost je rovna urychlujícímu napětí substrátu, čímž je dosaženo vyšší adheze a koheze vrstvy vytvořené z klastrů nebo nanokompozitní vrstvy tvořené matricí a klastry. Účinek urychlení klastrů a jejich energetická implantace a depozice na substrát nebo do vrstvy je v novém způsobu ionizace klastrů vyšší oproti stávajícím metodám díky faktu, že je ionizována, a tak urychlena velká poměrná část použitých klastrů a jenom malá poměrná část klastrů je neutrální. Nový způsob ionizace a implantace klastrů umožňuje také vytvořit definované rozhraní mezi substrátem a vrstvou nebo mezi dvěma různými vrstvami, kde jsou klastry definovaně implantovány a rozloženy v okolí rozhraní substrátu a vrstvy případně pod povrchem substrátu, kdy prostorové rozdělení klastrů je funkcí vzdálenosti od povrchu substrátu nebo rozhraní mezi dvěma vrstvami.
Objasnění výkresu
Konkrétní příklad provedení technického řešení je znázorněn na připojeném výkrese zobrazujícím základní schéma depozičního zařízení.
Výkres, který znázorňuje představované technické řešení, a následně popsaný příklad konkrétního provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu technického řešení.
Příklady uskutečnění technického řešení
Zařízení pro realizaci technického řešení je tvořeno vakuovou komorou 1, jejíž vnitřní prostor 101 je přes regulační ventil 2 propojen s vakuovou vývěvou 3. Ve vnitřním prostoru 101 pláště jsou protilehle umístěny zdroj 4 klastrů a držák 5 substrátu 6, na který je deponována nanokom-2CZ 29907 Ul pozitní vrstva a který je propojen s vnějším bipolámím zdrojem 7 stejnosměrného předpětí. Zdroj 4 klastrů je napájen magnetronovým zdrojem 8 umístěným vně komory 1, je s vlastním vnitřním prostorem 101 vakuové komory 1 propojen clonou 41 a je do něj zaveden přívod 10 pracovního plynu. Mezi zdrojem 4 klastrů a držákem 5 substrátu 6 je v oblasti nízkého tlaku uložen ECWR zdroj 9, který je tvořen páskovým prstencovým závitem 91 propojeným s vysokofrekvenčním zdrojem 92 umístěným vně komory 1, přičemž vně prstencového závitu 91 jsou umístěny dvě Helholtzovy cívky H za účelem zajištění vytvoření stejnosměrného magnetického pole. Do vnitřního prostoru 101 komory 1 je dále bočně zaveden jednak nízkotlaký depoziční zdroj 12, tvořený rozprašovacím magnetronem, který je napájený přídavným zdrojem 121, a jednak přívod 13 reaktivního plynu. Pro umožnění měření ionizace klastrů je bočně vedle substrátu 6 umístěn modifikovaný QCM 14 vybavený magnetickým elektronovým filtrem 141, měřící elektrodou 142 a napájený vysokofrekvenčním pomocným zdrojem 143.
Při činnosti zařízení vystupují nanočástice vytvořené ve zdroji 4 klastrů přes clonu 41 do vnitřního prostoru 101 komory 1 a po vstupu do oblasti nízkotlakého vysokofrekvenčního výboje induktivně vázaného ve stejnosměrném magnetickém poli ECWR zdroje 9 jsou ve vnitřním prostoru závitu 91 ionizovány a jsou urychleny směrem k povrchu substrátu 6, kde se vytváří nanokompozitní vrstva z implantovaných klastrů a materiálů matrice odprášeného z nízkotlakého depozičního zdroje 12, tedy rozprašovacího magnetronu. Na substrát je připojeno z bipolámího zdroje 7 buď kladné napětí v případě záporných klastrů, nebo záporné napětí v případě kladných klastrů. Klastry tak jsou implantovány do deponované vrstvy definovanou energií rovné urychlujícímu napětí substrátu. Poměrná frakce ionizovaných klastrů se měří pomocí modifikovaného QCM 14.
Popsané řešení není jediným možným provedením podle technického řešení, ale v alternativním řešení může být místo rozprašovacího magnetronu pro depozici matrice nanokompozitní vrstvy použit jiný nízkotlaký depoziční zdroj 12 této matrice, například PECVD depoziční zdroj (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), který využívá nízkoteplotního plazmatu k rozkladu par chemických prekurzorů pro depoziční proces, nebo jiný PVD nízkotlaký depoziční zdroj pro depozici matrice, který využívá k depozici matrice tepelné odpařování par pevného materiálu.
Průmyslová využitelnost
Zařízení k vytváření tenkých depozičních vrstev pomocí nízkotlakého plazmatu je využitelné pro depozice nanokompozitních materiálů ve formě tenkých vrstev s vysokou hustotou a vysokou adhezi k použitému substrátu. Tyto kompozitní vrstvy jsou vhodné zejména pro optické aplikace.
NÁROKY NA OCHRANU
Claims (2)
1. Zařízení k vytváření tenkých depozičních vrstev pomocí nízkotlakého plazmatu, které je tvořeno vakuovou komorou (1), v jejímž vnitřním prostoru (101) jsou jednak protilehle umístěny zdroj (4) klastrů a držák (5) substrátu (6) propojený s bipolámím zdrojem (7) a jednak bočně zavedeny nízkotlaký depoziční zdroj (12) a přívod (10) pracovního plynu, vyznačující se tím, že mezi zdrojem (4) klastrů, do něhož je zaveden přívod (10) pracovního plynu a který je s vnitřním prostorem (101) komory (1) propojen clonou (41), a mezi držákem (5) substrátu (6) je v oblasti nízkého tlaku uložen ECWR zdroj (9), který je tvořen páskovým prstencovým závitem (91) propojeným s vnějším vysokofrekvenčním zdrojem (92), přičemž jednak vně prstencového závitu (91) jsou umístěny dvě Helholtzovy cívky (11), jednak jsou do vnitřního prostoru (101) komory (1) bočně zavedeny nízkotlaký depoziční zdroj (12) a přívod (13) reaktivního plynu, a jednak je bočně vedle substrátu (6) umístěn modifikovaný QCM (14) vybavený magnetickým elektronovým filtrem (141), měřící elektrodou (142) a napájený vysokofrekvenčním pomocným zdrojem (143).
-3CZ 29907 UI
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nízkotlaký depoziční zdroj (12) je tvořen rozprašovacím magnetronem nebo PECVD depozičním zdrojem nebo PVD depozičním zdrojem.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-32621U CZ29907U1 (cs) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | Zařízení k vytváření tenkých depozičních vrstev pomocí nízkotlakého plazmatu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-32621U CZ29907U1 (cs) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | Zařízení k vytváření tenkých depozičních vrstev pomocí nízkotlakého plazmatu |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ29907U1 true CZ29907U1 (cs) | 2016-10-25 |
Family
ID=57205912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2016-32621U CZ29907U1 (cs) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | Zařízení k vytváření tenkých depozičních vrstev pomocí nízkotlakého plazmatu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ29907U1 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022117130A1 (en) | 2020-12-03 | 2022-06-09 | Univerzita Palackého v Olomouci | Device for deposition of dielectric optical thin films by the help of sputtering plasma sources and sources of energy ions |
-
2016
- 2016-07-27 CZ CZ2016-32621U patent/CZ29907U1/cs not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022117130A1 (en) | 2020-12-03 | 2022-06-09 | Univerzita Palackého v Olomouci | Device for deposition of dielectric optical thin films by the help of sputtering plasma sources and sources of energy ions |
| EP4081671A4 (en) * | 2020-12-03 | 2023-09-27 | Univerzita Palackého v Olomouci | Device for deposition of dielectric optical thin films by the help of sputtering plasma sources and sources of energy ions |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3711078B1 (en) | Linearized energetic radio-frequency plasma ion source | |
| RU2504042C2 (ru) | Способ обработки поверхности, по меньшей мере, одного конструктивного элемента посредством элементарных источников плазмы путем электронного циклотронного резонанса | |
| JP6652255B2 (ja) | イオン注入システム | |
| US20150136585A1 (en) | Method for sputtering for processes with a pre-stabilized plasma | |
| US20220127726A1 (en) | Methods and apparatuses for deposition of adherent carbon coatings on insulator surfaces | |
| Zeng et al. | Design and experimental testing of a gas cluster ion accelerator | |
| Martinez-Calderon et al. | Fabrication and rejuvenation of high quantum efficiency caesium telluride photocathodes for high brightness and high average current photoinjectors | |
| US20140314968A1 (en) | Ionisation device | |
| CZ29907U1 (cs) | Zařízení k vytváření tenkých depozičních vrstev pomocí nízkotlakého plazmatu | |
| CZ306854B6 (cs) | Způsob vytváření tenkých depozičních vrstev pomocí nízkotlakého plazmatu a zařízení k provádění tohoto způsobu | |
| Alvarez et al. | Modulating low energy ion plasma fluxes for the growth of nanoporous thin films | |
| Rane et al. | Understanding the effect of pulsed power delivery modes on reactive sputter deposition process and coating properties through experimental and plasma simulation studies | |
| RU2601903C2 (ru) | Способ напыления тонкопленочных покрытий на поверхность полупроводниковых гетероэпитаксиальных структур методом магнетронного распыления | |
| US10804083B2 (en) | Cathode assembly, physical vapor deposition system, and method for physical vapor deposition | |
| Dudin et al. | Design and research of combined magnetron-ion-beam sputtering system | |
| Xiao et al. | A novel capacitively coupled plasma driven by hollow cathode radio-frequency discharges | |
| Wang et al. | Under Review | |
| Takekida et al. | Particle modelling of plasma confinement by a multipolar magnetic field | |
| RU2453628C1 (ru) | Устройство для нанесения покрытий на диэлектрики в разряде | |
| Wang et al. | Effect of RF on RF nitrogen discharge with induced argon plasma at high pressure | |
| ES2883198T3 (es) | Disposición de pulverización catódica y procedimiento para la distribución optimizada del flujo de energía | |
| Kalandiia et al. | Cleaning substrates and subsequent deposition of coatings with coaxial magnetron discharge | |
| Hamdon | The Effect of Magnetic Field Strength in DC Magnetron | |
| Fu et al. | DC Magnetron Sputtering Particle Distribution and Energy Simulation Study | |
| CN103834922A (zh) | 一种非平衡磁控溅射离子镀磁场闭合状态控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20161025 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20200727 |