Магнетронно-лазерное осаждение диэлектрических покрытий с наноразмерными металлическими частицами

Сентябрь 14, 2022

Главная
Физика
Магнетронно-лазерное осаждение диэлектрических покрытий с наноразмерными металлическими частицами

Содержание

2. Наночастицы в твердотельных матрицах Наночастицы в матрицах: - Si в SiO2 - Ge и SiGe в
3. Поверхностный плазмонный резонанс (ППР) Под действием переменного электрического поля светового луча электроны проводимости смещаются и, если
4. Наночастицы Ag Наночастицы Ag могут быть использованы для модификации традиционных и создания новых материалов, покрытий, дезинфицирующих
5. Принцип лазерно-плазменного осаждения. Стадии осаждения: 1-эрозия материала мишени и образование плазмы. 2- расширение (разлет) плазмы. 3-
6. Лазер LS-2134D. Частотный двухимпульсный лазер на АИГ:Nd3 с модуляцией добротности и длинной волны 1064 нм и
7. Сканер лазерного излучения В секции «Moveto» задаются координаты граничных условий начала и конца сканирования. Границы устанавливаются
8. Фотографии эрозионного факела (а – 10*-3 Па, б – 10*2 Па). Участок спектра лазерной плазмы Ti.
9. Управление свойствами лазерной плазмы Влияние задержки между импульсами при двухимпульсном режиме генерации
10. Управление свойствами лазерной плазмы. (ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ ПЛАЗМЫ)
11. Магнетронное осаждение Осаждение происходит из атомных и молекулярных потоков Пленочные покрытия в электронике и микроэлектронике (металлизация,
12. Прозрачные декоративные покрытия
13. Прозрачные проводящие покрытия
14. Участок спектра магнетронного разряда
15. Неустойчивость процессов магнетронного осаждения пленок химических соединений. Точка М1 есть состояние неустойчивого равновесия. Отключение обратной связи
16. Алгоритмы оптического управления расходом реактивного газа g при осаждении пленок оксидов (например, TiO2), нитридов и др.
17. Системы оптического управления расходами рабочих газов
18. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ГАЗОВ И КОНТРОЛЯ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ PPC 1000
19. Технические данные системы Датчики системы: спектрометр S100 (рабочий спектральный диапазон от 200 до 1100 нм, спектральное
20. Главное окно программы
21. Окно «Спектр»
22. Окно «Спектр».Установка спектральных участков для управления расходом реактивного газа
23. Комбинированное магнетронно-лазерное осаждение Расширить возможности вакуумных технологий можно путем их совмещения. Совмещение магнетронного распыления и эрозионного
24. ИЗВЕСТНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНЕТРОННО-ЛАЗЕРНОГО ОСАЖДЕНИЯ металлокерамические структуры типа Ti-TixCy, пленки SiCx, TiC, TiCN, алмазоподобные углеродные пленки. Voevodin
25. Схема реализации методики: 1 – подложка, 2 – лазерная мишень, 3 – магнетрон, 5 и 6
26. Влияние лазерной плазмы на магнетронный разряд. Осциллограммы тока и напряжения магнетронного разряда при однократном воздействии лазерного
27. Участок спектра магнетронного разряда (1), лазерной (2) и комбинированной плазмы (3). (Ar 0,5 Па, плотность мощности
28. Возникновение несамостоятельного магнетронного разряда в парах материала катода Осциллограммы тока (1) и напряжения (2) магнетрона, свечения
29. Средняя плотность частиц размером (100 – 300)нм - 25 частиц на 100 мкм2 Средняя плотность частиц
30. Рентгеновский спектр структуры TiO2 + Ti на Si подложке
31. пленка TiO2 + Ti пленка Ti пленка TiO2 3D АСМ изображение поверхности пленок
32. АСМ изображение поверхности пленки TiO2 + Ti Ti - Размеры частиц составляют от 20 до 200
33. 3D АСМ изображение поверхности пленок с царапиной Определение толщины
34. Оптические характеристики 1 - коэффициент отражения 2 - коэффициент пропускания 3 - коэффициент поглощения Ti нм
35. 3D АСМ изображения поверхностей пленки Ag, полученной лазерной эрозией (а) и пленки TiO2 + Ag ,
36. Сравнительные оптические характеристики пленок TiO2 + Ti и TiO2 + Ag Спектры пропускания (1) и поглощения
37. Сравнительные оптические характеристики пленок TiO2 + Ti и TiO2 + Ag Спектры пропускания (1) и поглощения
38. РЭМ изображение участка поверхности пленки TiO2 + Ag на Si подложке. ______________________ Элементный состав поверхности по
39. Лазерное формирование коллоидных растворов наночастиц Ag 1 –лазерное излучение; 2 –зеркало; 3 – фокусирующая линза; 4–
40. ФИНИШ
42. Скачать презентацию

Слайд 2

Наночастицы в твердотельных матрицах
Наночастицы в матрицах:
- Si в SiO2
- Ge и

SiGe в матрице Si1-xGexO2 (x=0-1)
- Si в Al2O3
Ag и Au в аморфном и поликристаллическом Si, GaAs, CdTe и CuInSe2
Применение
- светоизлучающие устройства в видимой и ИК области
повышение эффективности генерации фототока в тонкоплёночных солнечных элементах
сенсорика в химии, биологии и медицине
Cпособы получения
- осаждение нестехиометричных слоев с последующим отжигом
метод ионной имплантации с последующим отжигом

Ag и Au в Si для тонкоплёночных солнечных элементах

Слайд 3

Поверхностный плазмонный резонанс (ППР)
Под действием переменного электрического поля светового луча электроны

проводимости смещаются и, если размеры частицы меньше длины волны излучения, то образуется диполь (поверхностный плазмон), колеблющийся с частотой воздействующего электрического поля.
Если частота падающего света совпадает с собственной частотой колебаний электронов проводимости вблизи поверхности частицы, то наблюдается резонансное поглощение и рассеяние света, называемое ППР.

Слайд 4

Наночастицы Ag
Наночастицы Ag могут быть использованы для модификации традиционных и

создания новых материалов, покрытий, дезинфицирующих и моющих средств (в том числе зубных и чистящих паст, стиральных порошков, мыла), косметики.
Коллоидное серебро является безопасным и самым мощным для организма человека натуральным антисептиком, подавляющим более 700 видов болезнетворных микроорганизмов, среди которых стафилококки, стрептококки, бактерии дизентерии, брюшного тифа и др.

Слайд 5

Принцип лазерно-плазменного осаждения.
Стадии осаждения:
1-эрозия материала мишени и образование плазмы. 2-

расширение (разлет) плазмы. 3- осаждение частиц эрозионного факела на подложку. 4- рост пленки.
Диапазон плотности мощности от 10*7 до 10*10 Вт/см2. Типичные значения параметров плазмы для этого диапазона: температура (0,4–1,5) эВ, электронная плотность (10*14–10*18)см-3, скорость разлета до (0,1–1) км/с.

Слайд 6

Лазер LS-2134D. Частотный двухимпульсный лазер на АИГ:Nd3 с модуляцией добротности и

длинной волны 1064 нм и 532 нм.

Параметры лазера
Энергия импульса накачки <= 30 Дж
Энергия импульса излучения: 1064 нм >= 200, 532 нм>= 110 мДж
Частота повторения импульсов 1-10 Гц
Длительность импульса (по уровню 0,5) <= 12 нс
Диаметр пучка лазерного излучения <= 6,3 мм
Поляризация: Линейная

Слайд 7

Сканер лазерного излучения
В секции «Moveto» задаются координаты граничных условий начала и

конца сканирования. Границы устанавливаются в соответствии с размером мишени.

Слайд 8

Фотографии эрозионного факела (а – 10-3 Па, б – 102 Па). Участок

спектра лазерной плазмы Ti.

Слайд 9

Управление свойствами лазерной плазмы
Влияние задержки между импульсами при двухимпульсном режиме генерации

Слайд 10

Управление свойствами лазерной плазмы. (ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ ПЛАЗМЫ)

Слайд 11

Магнетронное осаждение
Осаждение происходит из атомных и молекулярных потоков
Пленочные покрытия в электронике

и микроэлектронике (металлизация, контактные структуры, ЖК-индикаторы, диэлектрические и защитные покрытия),
оптике (интерференционные фильтры и зеркала, просветление, антибликовые и защитные покрытия),
архитектуре и строительстве (декоративные и теплосберегающие покрытия),
машиностроении (упрочняющие, защитные и трибологические покрытия).

Слайд 12

Прозрачные декоративные покрытия

Слайд 13

Прозрачные проводящие покрытия

Слайд 14

Участок спектра магнетронного разряда

Слайд 15

Неустойчивость процессов магнетронного осаждения пленок химических соединений.

Точка М1 есть состояние неустойчивого

равновесия.
Отключение обратной связи приводит к самопроизвольному переходу системы в одно из устойчивых состояний: в точку М2 или в точку М3.

1, 3 и 4 –относительная интенсивность элемента материала мишени, 2 - элемента реактивного газа для различных скоростей откачки.

Слайд 16

Алгоритмы оптического управления расходом реактивного газа g при осаждении пленок оксидов

(например, TiO2), нитридов и др.

IM– интенсивность линии материала мишени (TiI)
IR –интенсивность элемента (линии, полосы) реактивного газа (OI)
IAr – интенсивность аргона (ArI).

Слайд 17

Системы оптического управления расходами рабочих газов

Слайд 18

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ГАЗОВ И КОНТРОЛЯ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ PPC 1000

Слайд 19

Технические данные системы
Датчики системы: спектрометр S100 (рабочий спектральный диапазон от 200

до 1100 нм, спектральное разрешение не хуже 1,0 нм, время регистрации спектра от 7 мс), а также оптические датчики, вакуумметры (датчики давления), датчики напряжения и тока.
Исполнительные устройства: натекатели, клапана, управляющие входы источников питания.
Программа компьютера системы позволяет:
реализовать одно- и многоканальные алгоритмы оптического управления;
выводить спектр излучения на экран монитора, формировать управляющие, контрольные и др. сигналы путем выбора участков спектра;
контролировать наличие примесей (воздуха, паров масла, паров воды) с чувствительностью 10-4 - 10-5 Па.

Слайд 20

Главное окно программы

Слайд 21

Окно «Спектр»

Слайд 22

Окно «Спектр».Установка спектральных участков для управления расходом реактивного газа

Слайд 23

Комбинированное магнетронно-лазерное осаждение
Расширить возможности вакуумных технологий можно путем их совмещения.
Совмещение магнетронного

распыления и эрозионного лазерного осаждения - это формирование покрытий одновременно с помощью двух плазменных потоков, которые существенно отличаются:
по энергетике и плотности частиц,
по временным характеристикам воздействия на подложку,
по возможности осаждения покрытий с нано- и микроразмерными включениями.

Слайд 24

ИЗВЕСТНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНЕТРОННО-ЛАЗЕРНОГО ОСАЖДЕНИЯ
металлокерамические структуры типа Ti-TixCy, пленки SiCx, TiC, TiCN,

алмазоподобные углеродные пленки.
Voevodin A.A., Hu J.J., Fitz T.A., Zabinski J.S. // Surf. Coat. Technol. – 2001. – 146‑147. – P.351.
Voevodin A.A., Fitz T.A., Hu J.J., Zabinski J.S. // J. Vac. Sci. Technol. A. – 2002. – 20. – P.1434.
Jones J.G., Voevodin A.A. // Surf. Coat. Technol. – 2004. – 184. – P.1.
Jelinek M., Kocourek T., Zemek J., Novotný M., Kadlec J. // Appl. Phys. A. – 2008. – 93. – P.633.
Нанокомпозитные покрытия YSZ (ZrO2:Y2O3) с Ag и Mo для улучшения механических свойств.
Muratore C., Voevodin A.A. // Surf. Coat. Technol. – 2005. – 200 – P.1549- 1554.

Слайд 25

Схема реализации методики:
1 – подложка, 2 – лазерная мишень, 3 –

магнетрон, 5 и 6 – лазерная и магнетронная плазма, 7 – лазерный луч, 8 и 9 – линза и устройство сканирования, 10 – натекатели аргона и кислорода, 11 – спектрометр системы управления расходом кислорода

- Геометрия : X = 40, Y = 70 мм, φ = 25о.
- Магнетрон 160 Вт, катод – 5 см.
- Двухимпульсный режим частотой 2 Гц и задержкой импульсов 0,4 мкс.
- W на мишени 9х10*8 Вт/см2.
- Область сканирования 1х1 см2.
- Давление газовой смеси 0,8 Па.
- Время осаждения 27 мин.
- Расход О2 управлялся по алгоритму (IО / ITi) =const.

Методика комбинированного осаждения металлических наночастиц в матрице TiO2

Слайд 26

Влияние лазерной плазмы на магнетронный разряд. Осциллограммы тока и напряжения магнетронного

разряда при однократном воздействии лазерного излучения (а) и в частотном режиме генерации (б). ( Частота 5 Гц, W=3 ГВт/см2 )

Слайд 27

Участок спектра магнетронного разряда (1), лазерной (2) и комбинированной плазмы (3).

(Ar 0,5 Па, плотность мощности 5,8 ГВт/см2).

Iкомб./Iлаз.+Iмагн.: Ar (2 – 4), TiI(1,5 – 2,5), TiII(1,2 – 1,6)

Слайд 28

Возникновение несамостоятельного магнетронного разряда в парах материала катода
Осциллограммы тока (1) и

напряжения (2) магнетрона, свечения лазерной плазмы (3) при воздействии на катод магнетрона лазерного импульса 5,2 ГВт/см2 . Остаточная атмосфера, p = 0,001 Па.
Напряжение и ток разряда соответствуют давлению аргона 0,5 Па.

Слайд 29

Средняя плотность частиц размером (100 – 300)нм - 25 частиц на

100 мкм2
Средняя плотность частиц размером (1 – 3)мкм - 6 частиц на 100 мкм2
Толщина 200 – 250 нм. Скорость осаждения 7,5–9,2 нм/мин

РЭМ изображение поверхности пленки, полученной комбинированным осаждением TiO2 + Ti

Слайд 30

Рентгеновский спектр структуры TiO2 + Ti на Si подложке

Слайд 31

пленка TiO2 + Ti
пленка Ti
пленка TiO2
3D АСМ изображение поверхности пленок

Слайд 32

АСМ изображение поверхности пленки TiO2 + Ti
Ti - Размеры частиц составляют от

20 до 200 нм с поверхностной плотностью около 90–120 частиц на 1 мкм2. Максимальная концентрация металлических частиц соответствует размерам в интервале 50–100 нм. Толщина 50 - 60 нм, скорость осаждения 2,0 нм/мин
TiО2 + Ti - преобладающий размер частиц в интервале 50-150 нм с поверхностной плотностью 10-15 мкм2. Максимум распределения по размерам 50-80 нм. Толщина 230 – 260 нм. Скорость осаждения 9,6 нм/мин.

Рельеф поверхности пленки TiO2 + Ti по линии на изображении

мкм

нм

Слайд 33

3D АСМ изображение поверхности пленок с царапиной Определение толщины

Слайд 34

Оптические характеристики
1 - коэффициент отражения
2 - коэффициент пропускания
3 - коэффициент

поглощения

нм

TiO2+Ti

TiO2

Слайд 35

3D АСМ изображения поверхностей пленки Ag, полученной лазерной эрозией (а) и

пленки TiO2 + Ag , полученной комбинированным способом (б). Подложка Si

Слайд 36

Сравнительные оптические характеристики пленок TiO2 + Ti и TiO2 + Ag
Спектры пропускания

(1) и поглощения (2) для пленки TiO2 + Ag.
Спектры пропускания (3) и поглощения (4) для пленки TiO2 + Ti.

Слайд 37

Сравнительные оптические характеристики пленок TiO2 + Ti и TiO2 + Ag
Спектры пропускания

(1) и поглощения (2) для пленки TiO2 + Ag.
Спектры пропускания (3) и поглощения (4) для пленки TiO2 + Ti.

Слайд 38

РЭМ изображение участка поверхности пленки TiO2 + Ag на Si подложке. ______________________ Элементный

состав поверхности по линии на РЭМ изображении. ______ Si ______ Ag ______ O ______ Ti Состав (в Вес.%) определен методом рентгеноспектрального микроанализа

Слайд 39

Лазерное формирование коллоидных растворов наночастиц Ag
1 –лазерное излучение;
2 –зеркало;
3

– фокусирующая линза;
4– кювета с жидкой средой внедрения;
5- металлическая мишень (Ag);
6- эрозионный поток материала мишени

Слайд 40

Магнетронно-лазерное осаждение диэлектрических покрытий с наноразмерными металлическими частицами

Содержание

Наночастицы в твердотельных матрицахНаночастицы в матрицах:- Si в SiO2- Ge и

Поверхностный плазмонный резонанс (ППР)Под действием переменного электрического поля светового луча электроны

Наночастицы Ag Наночастицы Ag могут быть использованы для модификации традиционных и

Принцип лазерно-плазменного осаждения. Стадии осаждения:1-эрозия материала мишени и образование плазмы. 2-

Лазер LS-2134D. Частотный двухимпульсный лазер на АИГ:Nd3 с модуляцией добротности и

Сканер лазерного излученияВ секции «Moveto» задаются координаты граничных условий начала и

Фотографии эрозионного факела (а – 10*-3 Па, б – 10*2 Па). Участок

Управление свойствами лазерной плазмыВлияние задержки между импульсами при двухимпульсном режиме генерации

Управление свойствами лазерной плазмы. (ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ ПЛАЗМЫ)

Магнетронное осаждениеОсаждение происходит из атомных и молекулярных потоковПленочные покрытия в электронике

Прозрачные декоративные покрытия

Прозрачные проводящие покрытия

Участок спектра магнетронного разряда

Неустойчивость процессов магнетронного осаждения пленок химических соединений. Точка М1 есть состояние неустойчивого

Алгоритмы оптического управления расходом реактивного газа g при осаждении пленок оксидов

Системы оптического управления расходами рабочих газов

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ГАЗОВ И КОНТРОЛЯ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ PPC 1000

Технические данные системы Датчики системы: спектрометр S100 (рабочий спектральный диапазон от 200

Главное окно программы

Окно «Спектр»

Окно «Спектр».Установка спектральных участков для управления расходом реактивного газа

Комбинированное магнетронно-лазерное осаждениеРасширить возможности вакуумных технологий можно путем их совмещения.Совмещение магнетронного

ИЗВЕСТНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНЕТРОННО-ЛАЗЕРНОГО ОСАЖДЕНИЯметаллокерамические структуры типа Ti-TixCy, пленки SiCx, TiC, TiCN,

Схема реализации методики:1 – подложка, 2 – лазерная мишень, 3 –

Влияние лазерной плазмы на магнетронный разряд. Осциллограммы тока и напряжения магнетронного

Участок спектра магнетронного разряда (1), лазерной (2) и комбинированной плазмы (3).

Возникновение несамостоятельного магнетронного разряда в парах материала катодаОсциллограммы тока (1) и

Средняя плотность частиц размером (100 – 300)нм - 25 частиц на

Рентгеновский спектр структуры TiO2 + Ti на Si подложке

пленка TiO2 + Ti пленка Ti пленка TiO2 3D АСМ изображение поверхности пленок

АСМ изображение поверхности пленки TiO2 + Ti Ti - Размеры частиц составляют от

3D АСМ изображение поверхности пленок с царапиной Определение толщины

Оптические характеристики1 - коэффициент отражения 2 - коэффициент пропускания3 - коэффициент

3D АСМ изображения поверхностей пленки Ag, полученной лазерной эрозией (а) и

Сравнительные оптические характеристики пленок TiO2 + Ti и TiO2 + Ag Спектры пропускания

Сравнительные оптические характеристики пленок TiO2 + Ti и TiO2 + Ag Спектры пропускания

РЭМ изображение участка поверхности пленки TiO2 + Ag на Si подложке. ______________________ Элементный

Лазерное формирование коллоидных растворов наночастиц Ag1 –лазерное излучение; 2 –зеркало; 3

ФИНИШ

Похожие презентации

Наночастицы в твердотельных матрицах
Наночастицы в матрицах:
- Si в SiO2
- Ge и

Поверхностный плазмонный резонанс (ППР)
Под действием переменного электрического поля светового луча электроны

Наночастицы Ag
Наночастицы Ag могут быть использованы для модификации традиционных и

Принцип лазерно-плазменного осаждения.
Стадии осаждения:
1-эрозия материала мишени и образование плазмы. 2-

Сканер лазерного излучения
В секции «Moveto» задаются координаты граничных условий начала и

Фотографии эрозионного факела (а – 10-3 Па, б – 102 Па). Участок

Управление свойствами лазерной плазмы
Влияние задержки между импульсами при двухимпульсном режиме генерации

Магнетронное осаждение
Осаждение происходит из атомных и молекулярных потоков
Пленочные покрытия в электронике

Неустойчивость процессов магнетронного осаждения пленок химических соединений.

Точка М1 есть состояние неустойчивого

Технические данные системы
Датчики системы: спектрометр S100 (рабочий спектральный диапазон от 200

Комбинированное магнетронно-лазерное осаждение
Расширить возможности вакуумных технологий можно путем их совмещения.
Совмещение магнетронного

ИЗВЕСТНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНЕТРОННО-ЛАЗЕРНОГО ОСАЖДЕНИЯ
металлокерамические структуры типа Ti-TixCy, пленки SiCx, TiC, TiCN,

Схема реализации методики:
1 – подложка, 2 – лазерная мишень, 3 –

Возникновение несамостоятельного магнетронного разряда в парах материала катода
Осциллограммы тока (1) и

пленка TiO2 + Ti
пленка Ti
пленка TiO2
3D АСМ изображение поверхности пленок

АСМ изображение поверхности пленки TiO2 + Ti
Ti - Размеры частиц составляют от

Оптические характеристики
1 - коэффициент отражения
2 - коэффициент пропускания
3 - коэффициент

Сравнительные оптические характеристики пленок TiO2 + Ti и TiO2 + Ag
Спектры пропускания

Сравнительные оптические характеристики пленок TiO2 + Ti и TiO2 + Ag
Спектры пропускания

Лазерное формирование коллоидных растворов наночастиц Ag
1 –лазерное излучение;
2 –зеркало;
3