Příprava nanostrukturovaných tenkých vrstev magnetronovým naprašováním buzeným pulzy velkého výkonu

Mgr. Katarína Bernátová

Bachelor's thesis

Deposition of thin films by magnetron sputtering excited by high power pulses

Abstract:

This thesis is dedicated to the study of high power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) compared with the process of direct current magnetron sputtering (DC-MS). The object extensively examined in the work is a deposited nanocomposite thin layer TiC/C. In the first chapter the theoretical basis of the physical principle of magnetron sputtering and the methods of analysis on the layers is introduced. In the experimental part suitable control parameters are chosen of HiPIMS process as well as a selection of pulse parameters. Experiments were carried out in order to examine various flow rates of acetylene such as the carbon source in the layers. The final chapter of this thesis discusses the predictable formation of instabilities in HiPIMS process and shows the possible precautions. The final chapter contains the processed values of the discharge current and voltage for the pulses during the sputtering process. Within this framework we were able to compare the conditions and composition of TiC/C layers in both processes of the magnetron sputtering mentioned previously. This clearly demonstrated that the values of process conditions vary depending on the magnetron sputtering method, namely the layer composition and deposition rate. Results presented in this thesis were compared with the results available in the literature. It was stated that although we used a similar deposition process (in both cases HiPIMS with similar power density), the composition of layers shows significantly different results.

Abstract:

Táto bakalárska práca sa venuje štúdiu magnetrónového naprašovania budeného pulzmi veľkého výkonu v porovnaní s procesom jednosmerného magnetrónového naprašovania. Objektom skúmania tejto práce sú deponované tenké nanokompozitné vrstvy typu TiC/C. Prvá kapitola predstavuje teoretické základy fyzikálneho princípu magnetrónového naprašovania a metód analýzy vrstiev. Experimentálna časť popisuje výber vhodných riadiacich podmienok procesu naprašovania pulzmi veľkého výkonu a definuje výber parametrov pulzu. Experimenty sme uskutočnili pre rôzne prietoky acetylénu, použitého ako zdroj uhlíku vo vrstvách. Záverečná kapitola sa zaoberá predpokladaným vznikom nestabilít procesu naprašovania pulzmi veľkého výkonu a predkladá možné opatrenia. Obsahuje tiež spracované hodnoty výbojového prúdu a výbojového napätia pre pulzy počas procesu naprašovania. Pri oboch procesoch magnetrónového naprašovania sme dokázali porovnať podmienky a zloženie TiC/C vrstiev. Taktiež sme jednoznačne preukázali, že podmienky depozičného procesu, zloženie vrstiev a depozičná rýchlosti sú rozdielne v závislosti od použitej metódy magnetrónového naprašovania. Výsledky prezentované v tejto práci boli zrovnané s výsledkami dostupnými v literatúre a bolo konštatované, že napriek použitiu obdobného depozičného procesu (v oboch prípadoch HiPIMS s obdobnou výkonovou hustotou), sa zloženie vrstiev výrazne líšilo.

Keywords

magnetrónové naprašovanie, pulzy veľkého výkonu, nanokompozitné vrstvy, titán karbid, acetylén, magnetron sputtering, high power pulses, nanocomposite films, titan carbide, acetyelene

Language used: Slovak

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 5. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 23. 6. 2015
• Supervisor: prof. Mgr. Petr Vašina, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Applied Physics / Nanotechnology - Applied Physics