Vliv energie částic na vlastnosti vrstev Me-B-C-(N) připravených reaktivní magnetronovou depozicí

Bc. Veronika ŠÍMOVÁ

Master's thesis

Effect of particle energy on properties of Me-B-C-(N) films prepared by reactive magnetron sputtering

Abstract:

Tato diplomová práce se zabývá problematikou tenkých vrstev na bázi přechodových kovů (Ti, Zr a Hf). Hlavním cílem práce bylo zjistit příčinu vysokého pnutí v materiálech Hf-B-C-(N) oproti materiálům na bázi Zr a Ti připravených za stejných podmínek. Za tímto účelem byla použita hmotnostní spektroskopie. Byly zkoumány vrstvy Me-B-C-N připravené při 45 % Me v erozní zóně terče B4C-Me ve směsi plynů Ar + 5 % N2. Bylo zjištěno, že při pulzním magnetronovém naprašování nelze objasnit příčinu vysokého pnutí v materiálech na bázi Hf, jelikož na rozdělovací funkce má výrazný vliv překmit napětí do kladných hodnot, který následuje po pulzu záporného napětí (tzv. overshoot). Dále je zde ukázán vliv depozičních parametrů na rozdělovací funkce. Použitím hmotnostní spektroskopie při konvenčním dc magnetronovém naprašování bylo zjištěno, že dochází ke zvyšování energie iontů Ar+, které majoritně vznikají ionizací atomů Ar odražených od terče, s rostoucí hmotností přechodového kovu na terči. Podařilo se tak objasnit příčinu vysokého pnutí v materiálech na bázi Hf. Nakonec jsou zmíněny připravené materiály Me-B-C-N a jejich vlastnosti. Bylo zjištěno, že s rostoucí hmotností použitého přechodového kovu roste kompresní pnutí v materiálu.

Abstract:

This diploma thesis deals with thin films based on nitrides and borides of transition metals. The main attention was devoted to find the reason of high compressive stress in Hf-B-C-(N) materials compared to materials based on Zr and Ti prepared under the same discharge conditions. For this purpose, mass spectroscopy was used. Thin films Me-B-C-N prepared at a fixed 45 % Hf fraction in the target erosion area in a 95 % Ar + 5 % N2 gas mixture were investigated. Firstly, it is shown that for pulsed magnetron sputtering it is not possible to explain the cause of the high compressive stress in Hf-based materials because of the strong effect of the overshoot on Ar ions energies. Effect of deposition parameters on Ar ions energies is also shown. Secondly, it was shown that Ar ions energies rise with the relative atomic mass of the transition metal during convention dc magnetron sputtering. These Ar ions are created by an ionization of Ar atoms reflected from the target. This result clarifies the reason of the high compressive stress in Hf-based materials. Finally, prepared materials Me-B-C-N and their properties are mentioned. It is shown that the compressive stress rises with the transition metal mass.

Keywords

magnetronové naprašování, hmotnostní spektroskopie, pnutí, rozdělovací funkce, odraz atomů

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