Srovnání modelů pro reaktivní magnetronové naprašování

Bc. Simona Adameová

Bakalářská práce

Comparison of models for reactive magnetron sputtering

Abstract:

Thin films that serve to improve the surface properties of the coated tool can be prepared using various methods. Their experimental development can be significantly accelerated through numerical simulations, which play an increasingly important role in optimizing deposition conditions. This bachelor’s thesis focuses on modeling the process of reactive magnetron sputtering. Typical models used to describe reactive sputtering include the Berg model, the upgraded Berg model and the RSD model. The thesis describes the physical principles of magnetron sputtering, as well as the hysteresis effect that typically occurs when a reactive gas is introduced. Furthermore, the aforementioned theoretical models describing the reactive magnetron sputtering process are presented. Computational programs implementing the original Berg model and its upgraded version were developed to simulate the evolution of the partial pressure of the reactive gas as a function of its flow rate. For the RSD model simulations, the existing computational tool RSD2013 was used. These models were applied to simulate experimentally obtained data using a titanium cathode and oxygen as the reactive gas. The results of each model were then compared based on their input requirements.

Abstract:

Tenké vrstvy, které slouží ke zlepšení povrchových vlastností povlakovaného nástroje, je možné připravit několika metodami. Jejich experimentální vývoj lze výrazně urychlit pomocí numerických simulací, které hrají stále důležitější roli při optimalizaci depozičních podmínek. Tato bakalářská práce se zabývá modelováním procesu reaktivního magnetronového naprašování. Typickými modely pro popis reaktivního naprašování jsou Bergův model, vylepšený Bergův model a RSD model. V práci je popsán fyzikální princip magnetronového naprašování, stejně jako hystereze procesu, která se typicky vyskytuje v důsledku přidávání reaktivního plynu. Dále jsou představeny výše zmíněné teoretické modely popisující proces reaktivního magnetronového naprašování. Byly vytvořeny výpočetní programy implementující původní Bergův model a jeho vylepšenou verzi, které slouží k simulaci průběhu parciálního tlaku reaktivního plynu v závislosti na jeho průtoku. Pro tvorbu simulací RSD modelu byl použit existující výpočetní program RSD2013. V rámci práce byly tyto modely aplikovány na simulaci experimentálně získaných dat s titanovou katodou a kyslíkem jako reaktivním plynem. Výsledky jednotlivých modelů byly následně porovnány s ohledem na jejich vstupní požadavky.

Klíčová slova

reaktivní magnetronové naprašování, simulace, Bergův model, vylepšený Bergův model, RSD model, reactive magnetron sputtering, simulation, Berg model, upgraded Berg model

Jazyk práce: slovenština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 12. 5. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 24. 6. 2025
• Vedoucí: Mgr. Matej Fekete, Ph.D.
• Oponent: Mgr. Tereza Schmidtová, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Bakalářský studijní program / obor:
Fyzika se zaměřením na vzdělávání / Fyzika se zaměřením na vzdělávání