Přejít k obsahu


High-rate reactive high-power impulse magnetron sputtering of hard and optically transparent HfO2 films

Citace:
VLČEK, J., BELOSLUDTSEV, A., REZEK, J., HOUŠKA, J., ČAPEK, J., ČERSTVÝ, R., HAVIAR, S. High-rate reactive high-power impulse magnetron sputtering of hard and optically transparent HfO2 films. Surface & Coatings Technology, 2016, roč. 290, č. 25 March 2016, s. 58-64. ISSN: 0257-8972
Druh: ČLÁNEK
Jazyk publikace: eng
Anglický název: High-rate reactive high-power impulse magnetron sputtering of hard and optically transparent HfO2 films
Rok vydání: 2016
Autoři: Prof. RNDr. Jaroslav Vlček CSc. , Alexandr Belosludtsev , Ing. Jiří Rezek Ph.D. , Doc. Ing. Jiří Houška Ph.D. , Ing. Jiří Čapek Ph.D. , Ing. Radomír Čerstvý , RNDr. Stanislav Haviar Ph.D.
Abstrakt CZ: Pro depozici tvrdých a průhledných HfO2 vrstev na plovoucím potencialu bylo použito vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování s pulzním řízením průtoku reaktivního plynu (kyslíku). Vrstvy byly deponovány pomocí silně nevyváženého magnetronu s planárním hafniovým terčem o průměru 100 mm ve výbojové směsi argonu a kyslíku při tlaku argonu 2 Pa. Opakovací frekvence byla 500 Hz při průměrné hustotě výkonu na terč 29 W/cm^2 až 54 W/cm^2. Délka pulzu byla 50 ?s až 200 ?s. Substráty byly na plovoucím potenciálu ve vzdálenosti 100 mm od terče a jejich teplota při depozici nepřesáhla 165 °C. Ukázali jsme, že HfO2 vrstvy mohou být připraveny s velmi vysokou depoziční rychlostí (až 200 nm/min) i při průměrné hustotě výkonu na terč 30 W/cm^2, která je relativně blízko k hustotě výkonu použitelného v průmyslových HiPIMS systémech. Tyto vrstvy byly nanokrystalické s dominantní monoklinickou fází. Vrstvy vykazovaly tvrdost 15-18 GPa, index lomu 2,07-2,12 a extinkční koeficient mezi ? 0,0001 a 0,0006 (obě veličiny při vlnové délce 550 nm). Při 300 nm byl extinkční koeficient mezi 0,0015 a 0,007. Byl předložen zjednodušený vztah pro depoziční rychlost vrstev připravených vysokorychlostním reaktivním vysokovýkonovým pulzním magnetronovým naprašováním.
Abstrakt EN: High-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) with a pulsed reactive gas (oxygen) flow control was used for high-rate reactive depositions of densified, highly optically transparent, stoichiometric HfO2 films onto floating substrates. The depositions were performed using a strongly unbalanced magnetron with a directly water-cooled planar Hf target of 100 mm diameter in argon-oxygen gas mixtures at the argon pressure of 2 Pa. The repetition frequency was 500 Hz at the deposition-averaged target power density from 29 W/cm^2 to 54 W/cm^2. The voltage pulse durations ranged from 50 ?s to 200 ?s. The target-to-substrate distance was 100 mm and the substrate temperatures were less than 165 °C. We showed that the HfO2 films can be prepared with very high deposition rates (up to 200 nm/min) even at a deposition-averaged target power density of approximately 30 W/cm^2, which is relatively close to a target power density applicable in industrial HiPIMS systems. The films were nanocrystalline with a dominant monoclinic phase. They exhibited a hardness of 15-18 GPa, a refractive index of 2.07-2.12 and an extinction coefficient between ? 0.0001 and 0.0006 (both quantities at the wavelength of 550 nm). At 300 nm, the extinction coefficient was between 0.0015 and 0.007. A simplified relation for the deposition rate of films prepared using a reactive HiPIMS was presented.
Klíčová slova

Zpět

Patička