Vysokovýkonová pulzní reaktivní magnetronová depozice vrstev VO2 na skle

Michal TICHÝ

Master's thesis

Reactive High-Power Impulse Magnetron Sputtering of VO2 thin films on glass

Abstract:

Práce se zabývá problematikou vysokovýkonové pulzní reaktivní magnetronové depozice (HiPIMS) vrstev oxidu vanadičitého VO2 na skleněných substrátech. Cílem je vytvořit termochromické tenké vrstvy VO2 pomocí řízeného procesu HiPIMS depozice a vyšetřit vliv depozičních parametrů na výbojové charakteristiky a materiálové vlastnosti připravených vrstev. Vrstvy byly připraveny v atmosféře argonu a kyslíku, parciální tlak argonu par = 1 Pa, průtok argonu komorou byl 60 sccm. Hodnota parciálního tlaku pox sloužila jako kritická hodnota pro řídicí systém pulzního napouštění reaktivního plynu (O2). Naprašování probíhalo z vanadového terče (99,999 %) o průměru 50 mm na skleněný substrát umístěný na otočném držáku ve vzdálenosti 150 mm od terče. Substrát byl ohříván na depoziční teploty Ts = 250-400 °C. Reaktivní plyn byl přiváděn korundovou trubičkou do vzdálenosti 20 mm od terče a ústí trubiček směřovalo směrem k substrátu. Terč byl zatěžován průměrnou výkonovou hustotou při depozici = 11-13 Wcm-2. Napětí na terči bylo Ud = 570-595 V, délka napěťového pulzu ton = 50 a 80 mikrosekund, opakovací frekvence pulzů f = 200 a 125 Hz, střída konstantně ton/T = 1 %. Fázové složení vrstev bylo určeno pomocí XRD analýzy. Pomocí spektroskopické elipsometrie byla určena tloušťka vrstev a spektrální závislosti optických konstant jako index lomu n a extinkční koeficient k. Měřením spektrální závislosti transmitance vrstev bylo určeno jejich termochromické chování a hodnoty integrální transmitance ve viditelném spektru Tlum, integrální transmitance reálného dopadajícího záření Tsol a modulace dopadajícího záření. Pomocí spektrofotometru bylo dále určeno hysterezní chování transmitance T2500 v infračervené oblasti při ohřevu a chlazení vrstev. Hysterezní chování bylo obdobně určeno i z rezistivity vrstev změřené pomocí čtyřbodové metody. Hodnoty přechodové teploty Ttr byly určeny dvěma metodami z tvaru zmíněných hysterezních křivek.

Abstract:

This thesis deals with reactive High-Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) of vanadium dioxide thin films on glass substrates. The aim is to create VO2 thermochromic thin films through controlled HiPIMS deposition and investigate the influence of deposition parameters on discharge characteristics and material properties of prepared films. Thin films were prepared in argon and oxygen atmosphere, the partial pressure of argon par = 1 Pa, the argon flow through chamber was 60 sccm. The value of the oxygen partial pressure pox served as the critical value for the control system used for pulsed filling of the reactive gas (O2). The sputtering was carried out from the vanadium target (99,999 %) with the diameter of 50 mm on glass substrate placed on the rotating table in the distance of 150 mm from the target. The substrate was heated to the deposition temperature Ts = 250-400 °C. Reactive gas was distributed via sapphire tubes to 20 mm distance from the target and the orifice of tubes directed towards the substrate. The target was loaded with an average power density during the deposition = 11 13 Wcm-2. The voltage on target was Ud = 570-595 V, the voltage pulse length was ton = 50 and 80 microseconds, the frequency of pulses was f = 200 and 125 Hz, the duty cycle was constantly at ton/T = 1 %. Phase composition of layers was determined by XRD analysis. Using spectroscopic ellipsometry the thickness of layers and the spectral dependence of optical constants such as the refractive index n and the extinction coefficient k was determined. By measuring of the spectral dependence of transmittance, the thermochromic behaviour of films was determined and values of integral transmittance in the visible spectra Tlum, integral transmittance of real incident radiation Tsol and modulation of incident radiation were obtained. Using the spectrophotometer the hysteresis behaviour of transmittance T2500 was determined in the infrared range during heating and cooling of layers. Hysteresis behaviour was similarly determined for the resistivity of films measured using the four-point method. Values of the transition temperature Ttr were determined by two methods from the shape of mentioned hysteresis curves.

Keywords

HiPIMS, oxid vanadičitý, termochromické vrstvy, reaktivní magnetronové naprašování

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 5. 2016

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Prof. RNDr. Jaroslav Vlček, CSc.

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Master programme / field:
Applied Sciences and Computer Engineering / Applied Physics and Physical Engineering