TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG

download TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG

If you can't read please download the document

description

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG. QUANG HỌC ỨNG DỤNG. CÁC PHƯƠNG PHÁP. CHẾ TẠO. GVHD : TS. Lê Vũ Tuấn Hùng HVTH : Phan Trung Vĩnh. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MÀNG. Phương pháp ngưng tụ vật lý (PVD). Phương pháp ngưng tụ hóa học (CVD). P hysical V apor D eposition. - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG

  • TRNG I HC KHOA HC T NHINB MN VT L NG DNGGVHD: TS. L V Tun HngHVTH: Phan Trung VnhQUANG HC NG DNG

  • Phng phpngng t vt l (PVD)Phng phpngng t ha hc (CVD)CC PHNG PHP CH TO MNGPhysical Vapor DepositionChemical Vapor Deposition Vi mt tc nhn cung cp nng lng,vt liu cn ph mng b ha hi. Cc ht vtliu di chuyn Cc phnng hnhthnh hpcht (nu c),xy ra trnng i Cc ht vt liu ngng t trn Mng Vi mt tc nhn cung cp nng lng,vt liu cn ph mng b ha hi. Cc ht vtliu di chuyn Mt chtkh c avo (precursor) Cc ht vt liu ngng t trn ,phn ng vi cht kh Hp cht MngT < 5000CT 900 12000C

  • Phng phpbc bay chn khngPhng phpphn x HAI PHNG PHP PVD PH BIN

  • 1. Phng php bc bay chn khng (Evaporation)Phng phpbc bay trc tipThermalEvaporation:Bc bay nhitPhng phpbc bay gin tipBc baynhit intrBc baybng chmin tBay hiphn ng(RE)M ionElectron-beamEvaporation:Bc bay bngchm in tIon Plating:M ionKhngkch hotC kchhot (ARE)Reacting Evaporation:Bay hi phn ngActivated Reactive Evaporation:B.hi p.ng c kch hot

  • 1.1 Phng php bc bay trc tipBC BAY NHIT IN TR Nguyn tc chung Vt liu (rn, lng, bt)c cung cp E ha hi Hi vt liu bcln pha trn Cui cng, hi vt liu ngngt trn , phn b v kt tinhNhitChm eLaserH quangTc nhn ha hi l ngun nhit,mu c gi bng in trBC BAY BNG CHM eTc nhn ha hi l chm e cng nng ln

  • BC BAY NHIT IN TRMt h bc bay chn khng gm4 b phn chnh: H bm chn khng Bung chn khng Ngun nhit H gi & iu chnh TMu c gi bng gi in tr,c t nng n ha hi bngdng in theo L Joule-Lenz:S mt h bc baychn khng n ginCc loi gi in tr: dy(a-d), thuyn (e-g) v chn (h)Nhit lngta rain tr ca thuynCng dng inqua thuynThi gian ta nhit

  • GI IN TRThuyn in tr 1 hay nhiu vng dy Lm bng Vt liu cn bc bay c quntrong cc vng dyVng dy in trChn in tr Tm kim loi dng thuyn chavt liu Lm bng Chn c t nng bng cc siin tr qun quanh ni Lm bngThch anhchu nhitphAl2O3d > 1m

  • Tc bay hi(1):S nguyn t bc baytrong 1 n v thi gianDin tch b mt cangun bc bay.H s bc bay(2)p sut hi cn bngca cht bay hip sut cacht bay hi trongbung chn khngKhi lngnguyn tHng s Boltzmann(1,38.10-23J/K )Nhit tuyt i (K)Trong , p sut hi cn bng l 1 hm theo nhit :Hng sNhit n bc bay ca 1nguyn t hay phn t(1) Tc bay hi: S nguyn t bc bay i qua 1 n v din tch trong 1 nv thi gian.(2) H s bc bay (Evaporation Coefficient): H s dnh cht ca nguyn t bayhi trn b mt.Phng trnh Hertz-Knudsen

  • S phn b hng ca cc nguyn t bc bay:nh lut phn b Cosine:N0: s ht nm trnphng php tuynvi mu trong 1 nv thi gianNi: s ht nm trnphng hp viphng php tuyn1 gc i u im & hn ch ca p.p bc bay nhit in trU IMn ginR tinHN CHVt liu Tnng chy caoKhngHP CHT, HP KIM

  • BC BAY BNG CHM e Mu c cung cp nng lng ha hi t s va chm vichm in t c ng nng ln.Htvt liuChm eMuSng eCu to ca sng in tTh gia tc(6-10kV)Th tVt liucn phChm electronCun ttrngChn ng Cathode c t nng Phtx nhit in t, tun theo phngtrnh Richardson:Mt dngpht xnhit in tHng skim loiH s truynqua trung bnhNhit kim loiHng s BoltzmannCng thotca e rakhi kim loi

  • Chm electron cgia tc trong in trng,nh hng trong ttrng, va chm vi bmt vt liu.Th gia tc(6-10kV)Th tVt liucn phChm electronCun ttrngChn ng u im & hn ch ca p.p bc bay bng chm eU IMHN CH Chn ng mu cgii nhit bng nc trnh hao mn.Vt liu Tnng chy caoHP CHT, HP KIMThit b t tin!

  • BC BAY BNG XUNG LASER(PLD Pulse Laser Deposition)++++++ElectronNguyn ttrung ha+Ion +Laser Chm laser xung cngsut ln c chiu vo bia. Bia hp thu nng lnglaser, nng ln v bay hi Pha trn bia hnh thnhmt vng khng gian chaplasma pht sng Cc ht vt liu biangng t mng trn Thng tin v ngun laser xung thng s dng Laser Excimer KrF: = 248nm di xung: t = 25ns Mt cng sut: j = 2,4.108W/cm2

    Vng din tch chiu ri ln bia: A = 0,1cm2 Tn s lp li: f = 50Hz

  • Nng lngLASERbia hp thuCung cp ng nngln cho ht vt liuKch thch e thotra khi biaKch thch, ion hanguyn t vt liuHNH THNH PLASMATrong qu trnh n biaPh v lin ktmng thot khi biaNguyn t, cmnguyn t trung haKch thch ionnguyn t vt liuNguyn tkch thchIonkch thchTrng thic bnPhtsngu im ni bt nht ca p.p PLD: ph mng trn nhng tinh viMc chn khngGin dch chuyn nnglng ca e,nguyn t, ion +++++

  • 1.2 Phng php bc bay gin tipKP:Phng php bcbay trc tipHIN TNGPHN LYHp chtMng khng tinhkhit / b bin chtPhng php bc bay gin tipBay hiphn ng(RE) Bia l vt liu n cht Mt kh n cht ca vo bung chn khngAB Phn ng A & B Vt liuhp cht (AxBy)(khng kch hot)Thng dng mng oxitkim loi nhTiO2, SiO2,...

  • Bay hi phn ng (RE)PHN NG A &B KH XY RATc lng ngmng NHHp chtHp cht Carbides: TiC, VC,NbC, Cr3C2...; Hp cht Nitrides:TiN, VN, ZrN,...; Oxides: Al2O3KP:P.P. bay hi phn ng c kch hot (ARE) C thm 1 dy l xo, c t nngbi ngun in V1 Pht x nhit in t in t pht x c gia tc bi intrng V2 Va chm kch thch kh A, B Phn ng gia A v B xy ra vi xc sut ln Hp cht AxByV1V2

  • V1V2M ion(Ion Plating) Xut pht t m hnh bay hi phn ngABAxBy Mt dy tc c t nng Pht x nhit in t in t pht x gia tc trongin trng Va chm ion haphn t AxBy thnh ion (AxBy)-AxBy(AxBy)-e- (AxBy)- gia tc trong in pgia bia-, hng v vinng lng ln Hp cht AxByU IM bm dnh mng- tt Mt mng cao

  • 2. Phng php phn x(Sputtering)Phn xdiode phngPhn xMagnetronP.X.Mdng mtchiu (DC)P.X.Mdng xoaychiu (RF)P.X.Mkhngcn bngP.X.Mcn bngVbia-H magnetronP.X.M DC cn bngTrc tipPhn ngP.X.M DC khng cn bngP.X.M RF cn bngP.X.M RF khng cn bng

  • 2.1 Phn x diode phng Trong vng khng gian bn trongbung chn khng, c sn mt sion dng v e-++++++++ p mt in th DC ln bia-,ion + tin v bia, e- tin v +++ Ion + nh btht vt liu trn bia: ht phn x Ht vt liungng t trn , lp mng. Ion + va chm b mt bia pht x e th cp va chm ion ha snsinh ion + duy tr plasma v phng in. Mt kh n cht (thng l Ar) c a vo lm gia tng ion +trong va chm ion ha.

  • u im & hn ch ca p.p phn x diode phngU IMHN CH Khng tnng trctip vt liuCht bay hiThuynTp cht

    thuyn2.2 Phn x magnetron Phi dng Vbia- ln lmth mi phng in S mt mt e th cp ln Tc lng ng nhKP: T m hnh p.x. diode phng, c thm h magnetron,h cc nam chm nh hng N-S nht nh ghp vi nhau

  • Cc tm mCc ng sc t trngTm st ni t H magnetron c gn bn di bia, di cngl tm st ni t. e th cp sinh ra t va chm gia ion + v bia,chuyn ng c bit trong in t trng.

  • c trng ca qu trnh phn xKhong khng gian gia anodev cathode c th chia lm 3vng (Mi vng c phn b thnng khc nhau):Vng st th Cathode: e th cp va mi c sn sinh t va chm ion + v bia, in th m tng dn (st th), ve nh v c gia tc trong in trng.Vng ion ha: e chuyn ng c bit trong in t trng vi ve ln, ion ha nguyn t kh, lm tng mt e, in th m tng n gi tr ngng, ri gim do qu trnh ti hp.ve: vn tc e th cpVng plasma: mt ion + gim dn, do , in th m tng chm dn.CathodeAnodeV = |-Ve|123123

  • Qu o chuyn ng ca e e chuyn ng trong t trng schu tc dng ca lc Lorentz. Hnglc tun theo Quy tc Bn tay tri:T trngVn tc htLc Lorentz+-- Trong h phn x magnetron, e chuyn ng va trongt trng (khng u), va trong in trng (u).SNNSSNXem nh t trng uintrng-yzx-yx(hng v)

  • -yx(hng v)O Gi s, e th cp va thot ra khi biac v 0. Ti O, e ch chu tc dng cain trng E, di chuyn n O. Ti O, e c v1 0, nn chu tc dngca lc Lorentz theo phng x. V v1 cnnh nn fLoz < Fin. e di chuyn n M.OFinfLozM e gia tc trong in trng. Ti M, e cv2 > v1, fLoz ln hn O v tin ti bngFin. e di chuyn n N. Ti N, e c v3 > v2, fLoz ln hn Fin , e dichuyn n P ri n Q.fLozfLozNvP-yx(hng v)-e chuyn ng theo qu o cycloid (hay qu o trng ua)-SNH magnetron lm tng qung ng ichuyn ca e tng kh nng ion ha.in trng Ti Q, fLoz bt u gim nhng vn cnln hn Fin, e c v4 < v3. C th, sau 1lc, fLoz = Fin, e tr v nm trn trc Oxv mt chu k mi bt u.Q-

  • Phng trnh chuyn ng ca in t trong in trngv t trng vung gc c dng:Trong :Ey: ln ca vector cng intrng theo phng yH: ln vector cng t trngt: thi im kho st H magnetron cn bng v khng cn bngH magnetron cn bngH magnetron khng cn bngH mag-netroncn bng,cc namchm ccng nh nhau.Cc ngsc ttrngkhp kn.H mag-netronkhngcn bng,nam chm gia ccng yu hn.Cc ngsc ttrngkhngkhp kn.

  • H magnetron cn bngH magnetron khng cn bngT trngkhp knCc e chu tc dngca t trng ngange ch yu chuynng gn bia t b eva p t bt nngThch hp to mng chocc loi khng chuc T0 cao: nha, giy,(hng v)T trngkhng khp knCc e t chu tc dngca t trng ngange theo in trngn vi v ln b nhiu eva p mnh bt nngThch hp to ccmng yu cu T0 caoin trng

  • H phn x DC v RFH phn x mt chiu(DC Direct Current)H phn x xoay chiu(RF Radio Frequency)Vanode-cathode lmt chiuBia s dngphi dn inphnginVanode-cathode lxoay chiuduy trB tr khngv h t inTng cng sutphng inBia s dngcch inVbiaIon + bn phe- bn pht

  • u im & hn ch ca p.p phn x magnetronU IMHN CH
  • PHNG PHP SOL-GEL H cc ht phn tn,kch thc: 0,1 1m Lc tng tc giacc ht: Van der Waals Cc ht chuyn ngBrown, va chm nhauHt solDung dch ng tli thnh keo Sau mt thi gian,cc ht sol ht nhauH SOLH GELCht ban u to nn H SOLPRECURSORCng thc chung: M(OR)xM: nguyn t kim loiR: nhm alkyl (CnH2n+1)Mt s precursor ph bin: Tetramethoxysilan (TMOS) Tetraethoxysilan (TEOS) Alkoxy Aluminate Alkoxy Titanate Alkoxy Borate ...

  • Cc qu trnh xy ra khi t h sol h gelH SOLH GEL123Phn ng thy phn M(OR)n + xH-OH M(OR)n x(OH)x + xROH Nhm alkoxide (-OR) Kim loi Nhm hydroxyl (-OH) Kim loi Phn ng ngng t M(OH)(OR)n-1 + M(OR)n (OR)n-1M-O-M(OR)n-1 + ROH Ngng t ru Ngng t ncM(OH)(OR)n-1 + M(OH)(OR)n-1 (OR)n-1M-O-M(OR)n-1 + H2O Sau phn ng ngng t, dung dch c c li thnh khi rn Thiu kt T0cao: mu chuynpha v nh hnhsang tinh th

  • Hai phng php to mng t qu trnh sol-gelPh nhng(Dip Coating) Ph quay(Spin Coating) c nhng vodung dch sol, sau c ko rat t mng/ dmng ph thuc: vko,gc ko, nht, nng dd,... Khng uDung dch c nhln v cho quay.Lc ly tm mu gitlan ta u trn mng/dmng ph thuc: nht, vbay hi, vquay,... ng u u im & hn ch ca phng php sol-gelU IMHN CHn gind dngkim sotCpha tpKHkim sot dy mng

  • Cm n Thy v cc bn quan tm theo di

  • Chng ti dch c mt s chng ca mt s kha hc thuc chng trnh hc liu m ca hai trng i hc ni ting th gii MIT v Yale.Chi tit xin xem ti:http://mientayvn.com/OCW/MIT/Vat_li.htmlhttp://mientayvn.com/OCW/YALE/Ki_thuat_y_sinh.html