Reaktivní vysokovýkonová pulzní magnetronová depozice vrstev HfO2

Bc. David KOLENATÝ

Master's thesis

Reactive high-power impulsed magnetron deposition of HfO2 thin films

Abstract:

Tato práce je zaměřena na reaktivní vysokovýkonovou pulzní magnetronovou depozici densifikovaných stechiometrických vrstev HfO2 s pulzním řízením přítoku reaktivního plynu. Vrstvy byly připravovány v atmosféře argonu a kyslíku za konstantního tlaku pracovního plynu 2 Pa. Hafniový terč o průměru 100 mm byl zatěžován výkonovou hustotou při depozici 6 - 54 W/cm2. Opakovací frekvence pulzů byla 500 Hz a střída 1,25% až 10%. Vrstvy byly nanášeny na křemíkový substrát s orientací (100), který byl upevněn na stolku ve vzdálenosti 100 mm od terče. Proměnnými parametry depozičního procesu byla délka pulzu 25 - 200 mikrosekund a střední hodnota výkonové hustoty při depozici 6 - 54 W/cm2. U takto připravených vrstev bylo provedeno měření depoziční rychlosti, tvrdosti a modifikovaného Youngova modulu, analýza fázového složení RTG difrakcí, elipsometrické měření extinkčního koeficientu a indexu lomu. V této práci jsou prezentovány závislosti výbojových a depozičních charakteristik, jako jsou depoziční rychlost, průměrný průtok reaktivního plynu, poměr depoziční rychlosti a průměrného průtoku reaktivního plynu, průběh napěťových pulzů a pulzů proudové hustoty, průběh střední proudové hustoty v periodě, parciálního tlaku kyslíku a průtoku reaktivního plynu při depozici, na proměnných parametrech depozičního procesu. Dále jsou prezentovány závislosti charakteristik deponovaných vrstev, jakými jsou fázové složení a preferenční orientace, tvrdost, modifikovaný Youngův modul, extinkční koeficient a index lomu, na proměnných parametrech depozičního procesu.

Abstract:

This thesis is aimed at reactive high-power impulsed magnetron deposition of densified stoichiometric HfO2 thin films with pulse control of reactive gas flow. Thin films were prepared in oxygen and argon atmosphere, at pressure of working gas 2 Pa. A hafnium target of 100 mm in diameter was loaded by average power density while deposition 6 - 54 W/cm2. Repetition frequency of pulse was 500 Hz and pulse duration (duty cycle) was 1,25 % and 10%. Thin films were formed on silicone substrate with orientation (100). Substrates were mounted on the substrate holder in distance 100 mm from the target. Variable parameters of deposition were pulse length 25 - 200 microseconds and average power density while deposition 6 - 54 W/cm2. At films created in this way were measured deposition rate, microhardness, modified Young modulus, structure, extinction coefficient and refractive index. In this thesis are presented discharge characteristics and deposition characteristics as: deposition rate, deposition-average oxygen flow rate, ratio of the deposition rate and the deposition-average oxygen flow rate, waveforms of the magnetron voltage and the target current density, progression of the period-average current density, partial pressure of the oxygen and reactive gas flow as functions of variable parameters of deposition. Moreover there are presented characteristics of prepared thin films as: structure, microhardness, modified Young modulus, extinction coefficient and refractive index as functions of variable parameters of deposition.

Keywords

reaktivní magnetronové naprašování, HiPIMS, tenké vrstvy oxidů hafnia

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 5. 2014

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 24. 6. 2014
• 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