Magnetronová depozice oxidových a nitridových vrstev s vysokou teplotní stabilitou

Abstract

V současné době existuje poptávka po nových tenkovrstvých materiálech s možností použití v oxidační atmosféře za teplot vyšších než 1000 °C. Proto se předkládaná disertační práce zabývá magnetronovým naprašováním tří skupin tenkovrstvých materiálů a studiem jejich vlastností a chování za uvedených podmínek. Jedná se o tenké vrstvy Al-Si-N, CuOx a Al2O3. Tenké vrstvy Al-Si-N byly zvoleny jako alternativa amorfních tenkých vrstev TMe-Si-N s obsahem Si > 20 at.%. Bylo zjištěno, že vrstvy Al-Si-N s obsahem Si pb. 40 at.% mají po depozici amorfní strukturu a dosahují tvrdosti až 26 GPa. Oproti tomu vrstvy Al-Si-N s obsahem Si $<$ 5 at.% jsou po depozici polykrystalické a dosahují tvrdosti 22 GPa. Amorfní vrstvy s obsahem Si pb. 40 at.% dosahují výborné oxidační odolnosti až do teploty 1150 °C (delta m = 0 mg/cm2 při teplotě 1150 °C) a jejich tvrdost se téměř nemění i po žíhání na teplotu 1100 °C. Tenké vrstvy CuOx byly zkoumány především z hlediska jejich vlivu na teplotní stabilitu vrstev Zr-Cu-O. Při depozici z terče Cu v atmosféře O2 za pokojové teploty závisí struktura vrstvy na parciálním tlaku kyslíku s postupnou změnou od Cu+Cu2O přes Cu2O a směs Cu2O+CuO až po CuO. Během žíhání ve vzduchu dochází k postupné oxidaci Cu na Cu2O a CuO. Při teplotě 1040 °C poté dochází k dekompozici 2CuO -$>$ Cu2O + O. Cílem experimentů s vrstvami Al2O3 bylo především nalezení podmínek, za kterých vrstvy krystalizují. Bylo zjištěno, že po depozici za teploty substrátu 500 °C mají vrstvy strukturu gama-Al2O3. Při žíhání ve vzduchu docházelo k počátku transformace gama-Al2O3 -$>$ alfa-Al2O3 při teplotě 1050 - 1100 °C. Po dynamickém žíhání na teplotu 1200 °C rychlostí 10 K/min měly vrstvy strukturu alfa-Al2O3. Prodloužení doby žíhání z 0 na 5 h při teplotě 1000 °C nevedlo k vytvoření fáze alfa-Al2O3.