Přejít k obsahu


Microstructure of hard and optically transparent HfO2 films prepared by high-power impulse magnetron sputtering with a pulsed oxygen flow control

Citace:
PI, N., ZHANG, M., JIANG, J., BELOSLUDTSEV, A., VLČEK, J., HOUŠKA, J., MELETIS, E. I. Microstructure of hard and optically transparent HfO2 films prepared by high-power impulse magnetron sputtering with a pulsed oxygen flow control. Thin Solid Films, 2016, roč. 619, č. 30 November 2016, s. 239-249. ISSN: 0040-6090
Druh: ČLÁNEK
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Microstructure of hard and optically transparent HfO2 films prepared by high-power impulse magnetron sputtering with a pulsed oxygen flow control
Rok vydání: 2016
Autoři: nai-Wen Pi , Minghui Zhang , Jiechao Jiang , Alexandr Belosludtsev , Prof. RNDr. Jaroslav Vlček CSc. , Doc. Ing. Jiří Houška Ph.D. , Efstathios I. Meletis
Abstrakt CZ: Vrstvy HfO2 byly připraveny na Si substráty pomocí vysokovýkonového pulzního magnetronového naprašování při délce napěťových pulzů, t1, od 100 do 200 ?s a hustotě průměrného výkonu, <Sd>, od 7,2 do 54 W/cm^2. Vliv těchto procesních parametrů na mikrostrukturu a vlastnosti vrstev byl studován pomocí AFM, nanoindentace, XRD, elektronové difrakce a HRTEM. Všechny vrstvy obsahují mezivrstvu u Si substrátu následovanou hlavní nanokolumnární vrstvou. Nižší <Sd> vedlo k růstu tloušťky mezivrstvy a ke snížení šířky nanosloupců od ~46 nm do ~21 nm. Vrstvy připravené při delším t1 = 200 ?s mají monoklinickou HfO2 strukturu, vrstvy připravené při kratším t1 = 100 ?s mají částečně monoklinickou a částečně ortorombickou HfO2 strukturu. Pro vrstvy s monoklinickou strukturou byla ukázána vysoká tvrdost 17,0?17,6 GPa. Vrstvy dále vykazují index lomu 2,02?2,11 a extinkční koeficient mezi 0,0001 a 0,001 (obojí při vlnové délce 550 nm).
Abstrakt EN: Reactive high-power impulse magnetron sputtering was used to deposit HfO2 films on Si substrates using a voltage pulse duration, t1, from 100 to 200 ?s and an deposition-averaged target power density from 7.2 to 54 W/cm^2. The effects of these processing parameters on the microstructure and properties of the films were studied by atomic force microscopy, nano-indentation, X-ray diffraction, electron diffraction and high-resolution transmission electron microscopy. All films were found to be composed of an interlayer next to the Si interface followed by a nano-columnar structure layer. A reduction in <Sd> caused an increase in the interlayer thickness and a decrease in the width of the nano-columnar structures from ~46 nm to ~21 nm. Films prepared with larger t1 = 200 ?s have a monoclinic HfO2 structure and that with smaller t1 = 100 ?s exhibits a mixture of monoclinic and orthorhombic HfO2. A high hardness of 17.0?17.6 GPa was shown for films with a monoclinic HfO2 structure. The films exhibited a refractive index of 2.02?2.11 and an extinction coefficient between 0.0001 and 0.001 (both at a wavelength of 550 nm).
Klíčová slova

Zpět

Patička