Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak...
Transcript of Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak...
![Page 1: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/1.jpg)
Vybrané technologie povrchových úprav
Metody vytváření tenkých vrstev© Doc. Ing. Karel Daďourek
2008
![Page 2: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/2.jpg)
Metody vytváření tenkých vrstev
Vakuové metody – dnes nejužívanější CVD – Chemical vapour deposition PE CVD – Plasma Enhanced CVD PVD – Physical vapour deposition
- napařování – vysokou teplotou- naprašování – účinkem plasmy
![Page 3: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/3.jpg)
Podstata CVD povlakování
Tepelný rozklad halogenidu kovu ve vakuu Příklad : TiCl4 + CH4 → TiC + 4 HCl
2 TiCl4 + N2 + 2 H2 → 2 TiN + 4 HCl Probíhá při teplotách 900 až 1200 oC a tlaku několika
set Pascalů Rychlost růstu vrstvy okolo 5 µm za hodinu Nejnižší teplota těchto reakcí je 750 oC Dnes pro snížení teploty často PECVD – plasmou
podporovaná chemická kondenzace z par CVD jen na keramiku, slinuté karbidy, příp.
rychlořeznou ocel (HSS) U nás – Pramet Šumperk – povlakované SK
![Page 4: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/4.jpg)
Princip CVD
Vakuová komora
![Page 5: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/5.jpg)
PA CVD (Plasma Assisted – se spoluúčastí plasmy)
Elektrony a kladné ionty – pomáhají reakci
![Page 6: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/6.jpg)
Zařízení s VF plasmou
![Page 7: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/7.jpg)
Příklad PACVD
C:H-vrstva uhlíku
-se zabudovanýmiatomy H - DLC
Rozklad jakéhokolivplynného uhlovodíku
VF plasma
![Page 8: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/8.jpg)
Základní druhy PVD
Vysokévakuum
Nosný plynv něm hoří
výboj
Nižší vakuum
![Page 9: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/9.jpg)
Schema naprašování
Rychlost naprašování je úměrná rozdílu tlaku par a tlaku v komoře a nepřímo úměrná odmocnině z teploty
![Page 10: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/10.jpg)
Strukturní model pro napařování
![Page 11: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/11.jpg)
Odporový ohřev
spirálka lodička
Ze žáruvzdorného materiáluWolfram, molybden
Přímý ohřev- jen sublimace
![Page 12: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/12.jpg)
Indukční ohřev
![Page 13: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/13.jpg)
Odpařování elektronovým dělem
![Page 14: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/14.jpg)
Odpařování obloukem
Ve vakuu je oblouk stabilnější
Nutnost pomocné zapalovací elektrody
Me - odpařovaný kov Pevný terčík - target z
odpařovaného kovu - často tyč
![Page 15: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/15.jpg)
PLD – Pulsní laserová deposice
1 – paprsek laseru2 – reflektor3 – čočka4 – vstupní okno5 - Targety na karuselu6 – vytápěný stolek se
substrátem7 – čerpací systém8, 9 - vakuometry
![Page 16: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/16.jpg)
Napařování slitin
Složky nemají stejný tlak par, neodpařují se tedy stejně rychle
Řešení : Odpařování z několika zdrojů „flash evaporation“ – pulzní odpařování
při T >> Tmi
- přerušovaný oblouk- laserové pulzy
![Page 17: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/17.jpg)
Reaktivní napařování
![Page 18: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/18.jpg)
Nízkonapětový oblouk Balzers a ZEZ – zařízení NNO 150
![Page 19: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/19.jpg)
Plasma v přírodě
![Page 20: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/20.jpg)
Děje při dopadu iontu
![Page 21: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/21.jpg)
Základní schema odprašování
![Page 22: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/22.jpg)
Základní schema naprašování
![Page 23: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/23.jpg)
Model pro naprašování - Thornton
![Page 24: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/24.jpg)
Diodové naprašování
![Page 25: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/25.jpg)
Schema reaktivního plátování
![Page 26: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/26.jpg)
Movchanův model tvorby vrstev
![Page 27: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/27.jpg)
Nutnost kompromisů – planární magnetron
Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku)
Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené z targetu příliš rozptylovány na dráze k substrátu – co nejdelší volná dráha
Iontové plátování vyžaduje delší volné dráhy iontů Pro dobrou ionizaci plynu musí být skutečná dráha
elektronů mezi anodou a katodou daleko delší než volná dráha elektronů
Proto snaha udržet velkou volnou dráhu elektronů, ale současně co nejvíce prodloužiz skutečnou dráhu elektronů.
![Page 28: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/28.jpg)
Magnetronový efektPohyb elektronu ve zkřížených polích
Maximálníefekt pro
kolméelektrické
a magneticképole
![Page 29: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/29.jpg)
Srovnání magnetronovéhoa diodového naprašování
![Page 30: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/30.jpg)
Princip planárního magnetronu
![Page 31: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/31.jpg)
Děje v magnetronu
![Page 32: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/32.jpg)
Konstrukce magnetronu
![Page 33: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/33.jpg)
Magnetrony
Výboj v magnetronu Malý kruhový magnetron
![Page 34: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/34.jpg)
Příklad konstrukce magnetronu
1 - permanentní magnety2 - titanový target3 - držák targetu4 - pólový nástavec5 - chladicí voda6 - držák magnetronu
Vzhled již upotřebených targetů
![Page 35: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/35.jpg)
Magnetron a feromagnetický target
![Page 36: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/36.jpg)
Průmyslové magnetrony
Několik vedle sebe Oboustranný typ
![Page 37: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/37.jpg)
Efektivnost magnetronu
![Page 38: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/38.jpg)
Schema magnetronového zařízení
![Page 39: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/39.jpg)
Magnetronové zařízení Balzers a ZEZ – DAM 300K 2/2
![Page 40: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/40.jpg)
ABS magnetrony - zařízení Hauser
![Page 41: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/41.jpg)
Velké průmyslové zařízení(HVM Plasma s.r.o.)
![Page 42: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/42.jpg)
Přípravky na vsázkuvlevo – CVD, vpravo - PVD
![Page 43: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/43.jpg)
Teploty a tloušťky vrstev
![Page 44: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/44.jpg)
Porovnání teplot procesů
Slinuté karbidy
Rychlořezné ažárupevné oceli
Běžné ocelibez TZ
Běžné ocelis TZ
plasty
![Page 45: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/45.jpg)
Vlastnosti vrstev a teplota depozice
![Page 46: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/46.jpg)
Energie jednotlivých procesů
Pro jemné vakuum U šipek příklady procesů s touto energií
![Page 47: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/47.jpg)
Implantace příměsí do kovů Lze implantovat libovolné ionty do libovolné látky. Nezáleží
na rozpustnosti. Lze pracovat při libovolné teplotě. Často nutné chlazení
substrátu. Rozdělení koncentrace podle Gaussovy křivky Velmi tenká vrstva. Hloubka průniku – 1 nm na každý keV
energie – nutné alespoň 100 keV. Nedochází k rozměrovým změnám ani poškození povrchu.
V povrchové vrstvě vzniká tlakové pnutí. Dobře kontrolovatelná a ekologická technologie Prakticky bodový průnik do povrchu. Po ploše musí být
paprsek rozmítán.
![Page 48: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/48.jpg)
Schema iontového implantátoru
![Page 49: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/49.jpg)
Zařízení na iontovou implantaci
![Page 50: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/50.jpg)
Ukázka koncentračního profilu
Nahoře – implantace cínu do křemíku, energie 150 keV1 – přímo po implantaci2- po ohřevu elektronovým paprskem 1,5 J/cm2
Dole – implantace cínu do hliníku, energie 150 keV1 – přímo po implantaci2- po ohřevu elektronovým paprskem 1,5 J/cm2
![Page 51: Vybrané technologie povrchových úprav Dad...Reaktivní proces vyžaduje poměrně značný tlak reaktivního plynu (dusíku) Pro dobrou účinnost nesmí být atomy odprášené](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022071223/6086eb4c6bc86304cc2d6728/html5/thumbnails/51.jpg)
Užití ve strojírenství Povrchové zpevnění – implantace dusíku a p.
do nástrojových materiálů- chemické změny- tlakové napětí na povrchu
Rozmytí rozhraní mezi povlakem a substrátem Amorfizace povrchové vrstvy – kovové sklo Přímá reakce v povrchové vrstvě – implantace
dusíku do titanu