HiPIMS depozice vrstev CrN

Ondřej HENDRYCH

Bachelor's thesis

Abstract:

Tato práce se zabývá vrstvami CrN vytvořenými vysokovýkonovým pulzním reaktivním magnetronovým naprašováním (HiPIMS). Důraz je kladen na vliv záporného předpětí na substrátu na jejich růst a vlastnosti. Jedna vrstva byla připravena bez předpětí a šest vrstev s předpětím v rozmezí od -30 V do -400 V. Ukázalo se, že se vzrůstajícím záporným předpětím na substrátu klesá depoziční rychlost z maximálních 52 nm/min bez předpětí až na 26 nm/min při předpětí -400 V. Tvrdost deponované tenké vrstvy dosáhne nejvyšší hodnoty při -30 V (25.8 GPa). Bohužel záporná předpětí způsobují v deponovaných vrstvách kompresní pnutí, které je při -30 V 2.5 GPa. Takto vysoké pnutí způsobuje v této vrstvě problémy s adhezí. Při předpětí -90 V dosahuje tvrdost 22.6 GPa a pnutí 2.8 GPa, což je nejvyšší zjištěné pnutí. Pro vyšší záporná předpětí klesá jak tvrdost, tak pnutí až na minimální hodnoty při -400 V, kdy je tvrdost 17.7 GPa a pnutí 1.7 GPa. Je důležité podotknout, že pnutí je podstatně větší při naprašování s předpětím, než při naprašování bez předpětí.

Abstract:

This paper focuses on thin CrN films deposited by High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS), especially on the effects of negative substrate bias on the growth of thin films and their properties. A single thin film was deposited without a substrate bias and six were deposited with a substrate bias ranging from -30 V to -400 V. It was concluded that with higher negative substrate bias the deposition rate slowly declines from the maximum value of 52 nm/min without any biasing to 26 nm/min with - 400 V negative substrate bias. Hardness of the deposited thin film reaches the highest point at -30 V of 25.8 GPa, unfortunately negative substrate biases cause compressive stress in thin films, which at -30 V is 2.5 GPa. Compressive stress this high causes problems with adhesion to the substrate. At a bias of -90 V hardness goes down to 22.6 GPa and the stress reaches its peak of 2.8 GPa. For even higher negative substrate biases hardness, as well as compressive stress decline to their minimum values at -400 V, when hardness is at 17.7 GPa and compressive stress is at 1.7 GPa. It is important to note, that the compressive stress of thin CrN films is significantly higher with substrate biasing, than without it.

Keywords

HiPIMS, magnetronové naprašování, tenké vrstvy, předpětí substrátu

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 7. 2020

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Doc. Ing. Jiří Čapek, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Bachelor programme / field:
Applied Sciences and Computer Engineering / Applied and Engineering Physics