Магнетронно-лазерное осаждение диэлектрических покрытий с наноразмерными металлическими частицами презентация

.

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

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.

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.

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.

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

конца сканирования. Границы устанавливаются в соответствии с размером мишени.

спектра лазерной плазмы Ti.

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).

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.

(например, TiO2), нитридов и др.

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

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.

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.

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.

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

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

(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)

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.

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

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

поглощения

Ti

нм

%

%

%

TiO2+Ti

TiO2

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

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

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

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

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