Reaktivní naprašování vrstev s nízkým Youngovým modulem a charakterizace jejich vlastností

Bc. Martin VONÁSEK

Master's thesis

Reactive sputtering of the coatings with low Young's modulus and characterization of their properties

Abstract:

Tato práce je věnována problematice AC pulzního reaktivního magnetronového naprašování vrstev Zr-Si-O za využití duálního magnetronu. Vrstvy Zr-Si-O s různým poměrem prvků Zr/Si byly připraveny na křemíkové, skleněné a molybdenové substráty. Byl zkoumán vliv parciálního tlaku reaktivního plynu - kyslíku pO2 na depoziční rychlost, mechanické vlastnosti, transmitanci, strukturu a prvkové složení. Bylo zjištěno, že vrstvy Zr-Si-O s poměrem Zr/Si > 8 připravené při pO2 > 0,04 Pa vykazují vysokou tvrdost H 17 GPa, nízký efektivní Youngův modul E* 160 GPa, vysokou elastickou vratnost We > 66 % a vysoký poměr H/E* > 0,1. Tyto vrstvy jsou odolné proti vzniku trhlin při ohýbání a ve struktuře byla zjištěna t-ZrO2 fáze. Změna poměru Zr/Si < 3 vedla k přípravě amorfních vrstev, které při ohybovém testu praskají. Dále tyto vrstvy vykazují nízkou tvrdost H 8 GPa, vysoký efektivní Youngův modul E*, nízkou elastickou vratnost We < 60 % a nízký poměr H/E* < 0,1.

Abstract:

This thesis is dedicated to the reactive magnetron sputtering Zr-Si-O coatings using ac pulse dual magnetron. Zr-Si-O coatings with various elemental composition ratios were deposited on silicon, glass and molybdenum substrates. The partial pressure of reactive gas oxygen pO2 on deposition rate, mechanical properties, transmittance and structure of the coatings has been investigated. It has been found, that Zr-Si-O coatings with ratio Zr/Si > 8 prepared at pO2 > 0,04 Pa exhibited high hardness H 17 GPa, low effective Young´s modulus E* 160 GPa, high elastic recovery We > 66 % and high parameter H/E* > 0,1 and resistance against formation of cracks during the bending test and t-ZrO2 phase in their structure. The change of ratio Zr/Si < 3 led to preparation of amorphous coatings, which exhibited cracks in the bending test. These coatings had low hardness H 8 GPa, high effective Young´s modulus E*, low elastic recovery We < 60 % and low parameter H/E* < 0,1.

Keywords

Tenké vrstvy, Magnetronové naprašování, Mechanické vlastnosti

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 5. 2014

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Prof. Ing. Jindřich Musil, DrSc.

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

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