Přejít k obsahu


Enhancement of the deposition rate in reactive mid-frequency ac magnetron sputtering of hard and optically transparent ZrO2 films

Citace:
REZEK, J., VLČEK, J., HOUŠKA, J., ČAPEK, J., BAROCH, P. Enhancement of the deposition rate in reactive mid-frequency ac magnetron sputtering of hard and optically transparent ZrO2 films. Surface and Coatings Technology, 2018, roč. 336, č. FEB 25 2018, s. 54-60. ISSN: 0257-8972
Druh: ČLÁNEK
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Enhancement of the deposition rate in reactive mid-frequency ac magnetron sputtering of hard and optically transparent ZrO2 films
Rok vydání: 2018
Autoři: Ing. Jiří Rezek Ph.D. , Prof. RNDr. Jaroslav Vlček CSc. , Doc. Ing. Jiří Houška Ph.D. , Ing. Jiří Čapek Ph.D. , Doc. Ing. Pavel Baroch Ph.D.
Abstrakt CZ: Reaktivní středně-frekvenční ac magnetronové naprašování s pulzním řízením toku reaktivního plynu (kyslíku) bylo použito pro vysokorychlostní depozici bezdefektních, tvrdých a opticky transparentních stechiometrických ZrO2 vrstev na plovoucím potenciálu. Depozice byly uskutečněny pomocí dvou silně nevyvážených magnetronů s uzavřeným magnetickým polem. Použili jsme planární Zr terče o průměru 100 mm v argon-kyslíkové atmosféře při tlaku argonu 1 Pa. Opakovací frekvence byla blízko 85 kHz při průměrné výkonové hustotě na terč od 5,6 W/cm^2 do 15,7 W/cm^2 (průměr přes celou depozici). Vzdálenost terč-substrát byla přibližně 100 mm, teplota substrátu při depozici byla nižší než 100 °C. Pro průměrnou výkonovou hustotu přibližně 15,5 W/cm^2 jsme dosáhli velmi vysoké depoziční rychlosti (až 100 nm/min), která byla až třikrát vyšší než odpovídající maximální depoziční rychlost v oxidovém módu, který je obvykle používán pro depozici ZrO2 v průmyslových podmínkách. Kvalitní, bezdefektní ZrO2 vrstvy s hladkým povrchem (střední kvadratická úchylka profilu 2,5–2,7 nm) byly krystalické s dominantní monoklinickou fází. Dále vykazovaly tvrdost 16 GPa, index lomu 2,20–2,21 a extinkční koeficient mezi 0,0002 a 0,0006 (obě hodnoty při vlnové délce 550 nm).
Abstrakt EN: Reactive mid-frequency ac magnetron sputtering with a pulsed reactive gas (oxygen) flow control was used for high-rate depositions of defect-free, hard and highly optically transparent stoichiometric ZrO2 films onto floating substrates. The depositions were performed using two strongly unbalanced magnetrons in a closed-field configuration. We used planar Zr targets of 100 mm diameter in argon-oxygen gas mixtures at the argon pressure of 1 Pa. The repetition frequency was close to 85 kHz at the deposition-averaged target power density, which is the same for both magnetrons, from 5.6 W/cm^2 to 15.7 W/cm^2. The target-to-substrate distance was approximately 100 mm and the substrate temperatures were less than 100 °C. For the deposition-averaged target power density of approximately 15.5 W/cm^2, we achieved very high deposition rates (up to 100 nm/min), being up to 3 times higher than the corresponding maximum deposition rate achieved in the oxide mode, usually used for the ZrO2 films in industry. The high-quality, defect-free ZrO2 films with smooth surfaces (the root-mean-square roughness 2.5–2.7 nm) were crystalline with a dominant monoclinic phase. They exhibited a hardness of 16 GPa, a refractive index of 2.20–2.21 and an extinction coefficient between 0.0002 and 0.0006 (both quantities at the wavelength of 550 nm).
Klíčová slova

Zpět

Patička