Přejít k obsahu


High-rate Reactive High-power Impulse Magnetron Sputtering of Hf‒O‒N Films with Tunable Composition and Properties

Citace:
VLČEK, J., BELOSLUDTSEV, A., HAVIAR, S., HOUŠKA, J., ČERSTVÝ, R., REZEK, J. High-rate Reactive High-power Impulse Magnetron Sputtering of Hf‒O‒N Films with Tunable Composition and Properties. San Diego, USA, 2017.
Druh: PŘEDNÁŠKA, POSTER
Jazyk publikace: eng
Anglický název: High-rate Reactive High-power Impulse Magnetron Sputtering of Hf‒O‒N Films with Tunable Composition and Properties
Rok vydání: 2017
Autoři: Prof. RNDr. Jaroslav Vlček CSc. , Alexandr Belosludtsev , RNDr. Stanislav Haviar Ph.D. , Doc. Ing. Jiří Houška Ph.D. , Ing. Radomír Čerstvý , Ing. Jiří Rezek Ph.D.
Abstrakt CZ: Reaktivní vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování se zpětnovazebním pulzním řízením průtoku reaktivního plynu a optimalizovaným umístěním přívodu reaktivního plynu před terč a jeho orientací směrem k substrátu umožnilo připravit vysoce kvalitní vrstvy Hf‒O‒N s laditelným složením, strukturou a vlastnostmi při vysokých depozičních rychlostech pohybujících se od 240 nm/min pro HfO2 do 175 nm/min pro HfN. Základní princip této metody bude v práci uveden. Vrstvy byly deponovány pomocí silně nevyváženého magnetronu s planárním Hf terčem o průměru 100 mm ve výbojové směsi argonu, kyslíku a dusíku při celkovém tlaku 2 Pa. Podíl dusíku v reaktivním plynu se pohyboval v rozmezí od 0 do 100 %. Opakovací frekvence byla 500 Hz při průměrné výkonové hustotě na terč 30 W/cm^2 a střídě 10 %. Během depozice teplota substrátu nepřesáhla 140 °C. Substrát byl na plovoucím potenciálu ve vzdálenosti 100 mm od terče. Všechny vrstvy byly nanokrystalické, jejich prvkové složení se postupně měnilo od HfO2 do HfN. Ukázali jsme postupnou změnu tvrdých (18 GPa), opticky vysoce transparentních (extinkční koeficient 0,0005 pro 550 nm), nevodivých a hydrofobních (kontaktní úhel vody 101°) HfO2 vrstev na tvrdší (25 GPa), opticky neprůhledné, vodivé (elektrická rezistivita 3,2 μΩ·m) a více hydrofobní (kontaktní úhel vody 107°) HfN vrstvy.
Abstrakt EN: In this work, reactive HiPIMS with a feed-back pulsed reactive gas (oxygen and nitrogen) flow control and an optimized location (high-density plasma) of the reactive gas inlets in front of the target and their orientation toward the substrate made it possible to produce high-quality Hf‒O‒N films with a tunable elemental composition, structure and properties at very high deposition rates ranging from 240 nm/min for HfO2 films to 175 nm/min for HfN films. Basic principles of this method will be given. The depositions were performed using a strongly unbalanced magnetron with a planar hafnium target of 100 mm diameter in argon-oxygen-nitrogen gas mixtures at the argon pressure of 2 Pa. The nitrogen fractions in the reactive gas flow were in the range from 0% to 100%. The repetition frequency was 500 Hz at a fixed deposition-averaged target power density of 30 W/cm^2 with the voltage pulse duration of 200 μs (duty cycle of 10%). The substrate temperatures were less than 140 °C during the depositions of films on a floating substrate at the distance of 100 mm from the target. All films were nanocrystalline and their elemental compositions were varied gradually from HfO2 to HfN. We present a gradual change of hard (18 GPa), highly optically transparent (extinction coefficient of 0.0005 at 550 nm), electrically insulating and hydrophobic (water droplet contact angle of 101°) HfO2 films into harder (25 GPa), optically non-transparent, electrically conductive (electrical resistivity of 3.2 μΩ·m) and more hydrophobic (water droplet contact angle of 107°) HfN films.
Klíčová slova

Zpět

Patička