Reaktivní magnetronové naprašování tenkých vrstev s unikálními vlastnostmi

Abstract

Přechodové kovy a jejich oxidy a nitridy jsou široce používány v průmyslových aplikacích, díky vysoké tvrdosti, tepelné stabilitě, transparentnosti (v případě oxidů a některých nitridů) a dalším jedinečným vlastnostem. Tato disertační práce je zaměřena na reaktivní magnetronové naprašování multifunkčních tenkých vrstev na bázi přechodových kovů. Tato práce je rozdělena na 7 hlavních kapitol. Kapitola 1 je obecný úvod ve kterém je diskutováno magnetronové naprašování a techniky používané pro charakterizaci filmů. Kapitola 2 ukazuje hlavní cíle této disertační práce. Kapitoly 3-6 ukazují hlavní výsledky disertační práce ve formě článků. Kapitola 3 pojednává o roli elektronegativity kovu na hydrofobní vlastnosti a povrchové energie příslušných oxidů a nitridů. Bylo prokázáno, že kovy s nízkou elektronegativitou = 1,1-1,3 vytváří hydrofobní oxidy a nitridy. Rozdíl kontaktního úhlu u oxidů a nitridů je vysvětlen pomocí jejich elektronové struktury a různého počtu neůplných elektronových párů. Kapitola 4 ukazuje roli energie bi dodané do tenkých vrstev ZrN v průběhu jejich růstu na jejich mechanické vlastnosti a odolnost proti praskání. bi byla řízena předpětím na substrátu během naprašovaní v rozmezí od plovoucího potencialu do -80V. Je ukazáno, že je-li bi dostatečně velká, vrstvy ZrN vykazují velmi vysokou tvrdost (až 23GPa) a vynikající odolnost proti vzniku trhlin při ohybu ( = 2%), a odolnost při vrypové zkoušce při velkém zatížení. Také, bylo prokázáno, že hodnota bi nemá vliv na hydrofobnost vrstev ZrN. V kapitole 5 byl diskutován vliv tloušťky vrstvy na hydrofobní vlastnosti vrstev HfO2. V našich experimentech byl kontaktní úhel vodní kapky změněn z 100° pro vrstvu 2300nm na 120° pro 50 nm vrstvy. Dvě možná vysvětleníi tohoto efektu: Vliv nedominantní textury a / nebo nemonotónní závislosti velikosti povrchové energie částice. Také byla diskutována role povrchových nečistot v hydrofobnosti vrstev HfO2. Kapitola 6 pojednává o depozici krystalických a nanokrystalických tenkých vrstev slitiny ZrTi s různým elementárním složením. Ukázali jsme, že malé množství kyslíku v atmosféře během depozice výrazně snižuje krystalinitu slitin ZrTi. Současně se zvyšuje tvrdost až na 16GPa (5GPa pro slitiny ZrTi bez přidání O2). Také maly přídavek O2 zvyšuje odolnost k praskání ZrTi. Kapitola 7 obsahuje hlavní závěry této disertační práce.