Thin Films Technology. Lecture 3: Physical Vapor Deposition PVD. Jari Koskinen. Aalto University. Page 1

Samankaltaiset tiedostot
Thin Films Technology. Lecture 3: Physical Vapor Deposition PVD. Jari Koskinen. Aalto University. Page 1

Lecture 4: Physical Vapor Deposition PVD

Nanopinnoitetutkimus Suomessa - päivän teemaan sopivia poimintoja

LUONNONVALON JOHTAMINEN SISÄTILOIHIN ALUMIINISILLA HEIJASTINPINNOILLA

Uudet roll-to-roll pinnoitus- ja pintakäsittelymenetelmät pakkausmateriaalien valmistuksessa

Käytännön kokemuksia osallistumisesta EU projekteihin. 7. puiteohjelman uusien hakujen infopäivät 2011

HIRLAM diagnostics for operations and experiments


AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY VTT EXPERT SERVICES OY VTT EXPERT SERVICES LTD.

TUOTELUETTELO PYÖRÖTERÄKSET

Characterization of clay using x-ray and neutron scattering at the University of Helsinki and ILL

FYSE301(Elektroniikka(1(A3osa,(kevät(2013(

Vertical Piezoelectric Structures for in-plane Actuation in MEMS Sensors

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Lausuntopyyntöluettelo HUOM. Komiteoiden ja seurantaryhmien kokoonpanot on esitetty SESKOn komitealuettelossa

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Exercise 1. (session: )

Pricing policy: The Finnish experience

Export Demand for Technology Industry in Finland Will Grow by 2.0% in 2016 GDP growth 2016/2015, %

EU:n tarjoamia mahdollisuuksia

ReFuel 70 % Emission Reduction Using Renewable High Cetane Number Paraffinic Diesel Fuel. Kalle Lehto, Aalto-yliopisto 5.5.

Catalytic conversion of synthesis gas: Methods and applications

Reliable sensors for industrial internet

Exercise 3. (session: )

7.4 Variability management

SolarForum. An operation and business environment development project

Pituuden lämpötilalaajeneminen ja -kutistuminen

Reason for Major Climate Changes

1.Growth of semiconductor crystals

Sähköjärjestelmän käyttövarmuus & teknologia Käyttövarmuuspäivä

Tilausvahvistus. Anttolan Urheilijat HENNA-RIIKKA HAIKONEN KUMMANNIEMENTIE 5 B RAHULA. Anttolan Urheilijat

Pinnoitustekniikka tänään ja tulevaisuudessa

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Kestävä ja älykäs energiajärjestelmä

Geoenergian tulevaisuuden visio. Jari Suominen

Paikkatiedon semanttinen mallinnus, integrointi ja julkaiseminen Case Suomalainen ajallinen paikkaontologia SAPO

KMTK lentoestetyöpaja - Osa 2

Indoor Environment

1. SIT. The handler and dog stop with the dog sitting at heel. When the dog is sitting, the handler cues the dog to heel forward.

HITSAUKSEN TUOTTAVUUSRATKAISUT

TopA Hub laiteverkosto

KYMENLAAKSO- FINLAND S LOGISTICS CENTRE- REGION OF OPPORTUNITIES Kai Holmberg, NELI-North European Logistics Institute RIGA

Kurssin koodi ja nimi Ryhmä Päivä Aika Sali Luennoitsija Viikot Lisätietoja

Ostamisen muutos muutti myynnin. Technopolis Business Breakfast

Kysymys 5 Compared to the workload, the number of credits awarded was (1 credits equals 27 working hours): (4)

PrinLab. Antti Berg Oulun seudun ammattikorkeakoulu, Tekniikan yksikkö

TÄUBLER OY. Vuorimiehenkatu Helsinki Finland. Puh: Fax:

Suomen Aurinkolämpö Oy

Mathematical Modeling and Numerical Simulation of Splat Cooling in Plasma Spray Coatings H. Fukanuma, R. Huang, Y. Tanaka, and Y.

Returns to Scale II. S ysteemianalyysin. Laboratorio. Esitelmä 8 Timo Salminen. Teknillinen korkeakoulu

A Review of Thermal Spray Metallization of Polymer-Based Structures R. Gonzalez, H. Ashrafizadeh, A. Lopera, P. Mertiny, and A.

Toimisto (5) HUOM. Komiteoiden ja seurantaryhmien kokoonpanot on esitetty SESKOn komitealuettelossa

Viral DNA as a model for coil to globule transition

CENGE - Controlling Emissions of Natural Gas Engines

BRUTTO PINTA- ALA (M 2 ) KEHYKSEN MATERIAAL I. EA-HP-1500/47-18 Super heat ALUMIINI 1, , *1680*110 59

Jääkannen vaikutus sameuteen ja joen eroosiopotentiaaliin

Suomi innovaatioympäristönä maailman paras?

ABB Oy Domestic Sales Harri Liukku Aurinkosähköjärjestelmät Kytkennät

performance DHW coil type exchanger Diverter valve Analogue thermostat control panel Heating pump DHW pump Digital electronic control panel

Experiences of the first steps of the production of Andean pseudocereals in Finland

Toimisto (5) HUOM. Komiteoiden ja seurantaryhmien kokoonpanot on esitetty SESKOn komitealuettelossa

Supplementary Table S1. Material list (a) Parameters Sal to Str

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY CONTESTA OY CONTESTA LTD

Katri Vala heating and cooling plant - Eco-efficient production of district heating and cooling

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY CONTESTA OY CONTESTA LTD

Studies of resonant laser ionization of yttrium atoms in helium. Perttu Ronkanen Pro Gradu

Ilmastonmuutoksen suurimmat aiheuttajat selvitetty

Yhtiön nimi: - Luotu: - Puhelin: - Fax: - Päiväys: -

Metal 3D. manufacturing. Kimmo K. Mäkelä Post doctoral researcher

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Keskittämisrenkaat. Meiltä löytyy ratkaisu jokaiseen putkikokoon, 25 mm ja siitä ylöspäin.

2_1----~--~r--1.~--~--~--,.~~

Laserpinnoitus katsaus tutkimusryhmä LaserCo:n toimintaan

VÄITÖSKIRJA TIETEELLISET JULKAISUT

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Wärtsilä Corporation. Interim Report January-September 2003 Ole Johansson President & CEO. 29 October Wärtsilä

Kandidaatin tutkielman ulkoasu ja sisältö

KONEOPPIMINEN SISÄLLÖNTUOTANNOSSA CASE NESTE

Copernicus, Sentinels, Finland. Erja Ämmälahti Tekes,

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

SUOJAVYÖHYKEILMANVAIHTO ESTÄMÄÄN EPÄPUHTAUKSIEN LEVIÄMISTÄ SISÄTILOISSA

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Master's Programme in Life Science Technologies (LifeTech) Prof. Juho Rousu Director of the Life Science Technologies programme 3.1.

Capacity utilization

Toimintamallit happamuuden ennakoimiseksi ja riskien hallitsemiseksi turvetuotantoalueilla (Sulfa II)

PHYS timetable without service teaching courses Kurssin koodi ja nimi Ryhmä Päivä Aika Sali Luennoitsija Viikot Lisätietoja

FROM VISION TO CRITERIA: PLANNING SUSTAINABLE TOURISM DESTINATIONS Case Ylläs Lapland

Lausuntopyyntöluettelo HUOM. Komiteoiden ja seurantaryhmien kokoonpanot on esitetty SESKOn komitealuettelossa

Vastuullisuusarviointi M&A hankkeiden evaluoinnissa ja due diligence prosessissa

Aurinkoenergiasta liiketoimintaa-

VEKA ver C SUPPLY AIR UNIT/TILLUFTSAGGREGAT/ TULOILMALAITE SPARE PARTS/RESERVDELAR/VARAOSAT

FYSE301 Elektroniikka I osa A Loppukoe Vastaa kaikkiin viiteen kysymykseen

Alternative DEA Models

LX 70. Ominaisuuksien mittaustulokset 1-kerroksinen 2-kerroksinen. Fyysiset ominaisuudet, nimellisarvot. Kalvon ominaisuudet

Teacher's Professional Role in the Finnish Education System Katriina Maaranen Ph.D. Faculty of Educational Sciences University of Helsinki, Finland

Efficiency change over time

Lämmitysjärjestelmät

Liikenteen biopolttoaineet

Recirkulering. El-tilslutning. Kontrolpanel. Dansk. Timerfunktion

Transkriptio:

Thin Films Technology Lecture 3: Physical Vapor Deposition PVD Jari Koskinen Aalto University Page 1

Thin film deposition PVD Solid target Line of sight deposition Physical Low substrate temperature PECVD Reactive PVD CVD by sublimation CVD Liquid or gas precursor Global deposition Chemical High substrate temperature

Physical Vapour Deposition (PVD) Low energy PVD Thermal Evaporation - Electron beam - Resistive heating Molecular Beam Epitaxy (MBE) High Energy PVD Magnetron Sputtering (MS) - DC or RF - Balanced or Unbalanced Pulsed Laser Deposition (PLD) Cathodic arc - DC or pulsed - Filtered or un-filtered - With or without substrate bias High power impulse magnetron sputtering (HIPIMS)

PVD process Solid Target Ejected material Substrate for coating

PVD Plasma Plasma Colliding electrons ionise atoms Ions and electrons accelerate in electric field collisions excite atoms de-excitation creates photons visible light 5

Glow discharge http://astro-canada.ca

Glow discharge

Glow discharge

Glow discharge

Glow discharge

Glow discharge

Glow discharge

Glow discharge

DC Plasma glow discharge and arc 14

RF Plasma glow discharge 15 http://www.spectruma.de

RF Plasma glow discharge self bias 16 M. Ohring

Self bias at electrodes 4 Sivu 17

Energetic ion surface interactions 18

PVD coating process (High) vacuum long mean free path of ions high ion energy cleaning of surface desorption of gas sputtering of surface removal of oils water oxides 19

Average mean free path (distance between collission) in nitrogen residual gas <λ> Ultra Good High High Intermediate Rough Total pressure of residual gasses

Contents Plasma Ion surface interactions Film growth mechanisms Different PVD methods Commercial PVD coatings Scale up 21

Source materials Coating material from solid target or gas http://sunnygreater.com/products/sputtering_targets 22

Energetic ion and surface interactions collision cascade 10-14 10-13 s thermal spike 10-13 10-12 s Fast diffusion fast cooling relaxation 23 Jari Koskinen, Kts. Aalto simulaatio University 2016

Sputtering yield 24

Sputter yield and sublimation energy 25

Sputter yield angle dependence and energy distribution 26

Sputter yield angle dependence and energy distribution 27

Sputter yield angle dependence and energy distribution 28

Contents Plasma Ion surface interactions Film growth mechanisms Different PVD methods Commercial PVD coatings Scale up 29

PVD (Physical Vapour Deposition) Material from solid or gas Plasma Energetic ions hit surface Ions and neutrals grow the film https://www.yout ube.com/watch? v=lre5eqx9ofo www.iap.tuwien.ac.at/www/opt/images/parasol.jpg

PVD growth process Ion energy E i 10-1000 ev Surface temperature -190 C - 500 C (normally < 200 C) incidence angle Ion density Gas pressure Substrate surface 31 - Chemistry - Impurities - Topography

Competition of growing crystals Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings - Science, Applications and Technology (3rd Edition) Edited by: Martin, Peter M. 2010 William Andrew Publishing Sivu 32

Coating structure and plasma parameters slow hot fast cold 2/28/201 7 33

Modified Thorton diagram Sivu 34 A. Anders, Thin Solid Films 518 (2010) 4087 4090

Subplantation Sivu 35

Subplantation Sivu 36 Schematic diagram of densification by subplantation. A fraction of the incident ions penetrate the film and densify it, the remainder end up on the surface to give thickness growth.

Subplantation and experiments -Carbon Sivu 37

Subplantation Sivu 38

evolution of roughness Fig. 2. Schematic of roughness variation with film thickness in a general case. At first, the films consist of a series of islands where the new phase has nucleated, and the roughness increases quickly. Then the roughness peaks and decreases as the islands coalesce to form a closed, continuous film. The third stage consists of a constant roughness for epitaxial films. Finally, the roughness increases gradually above a roughening transition. The smoothness of tetrahedral amorphous carbon Diamond and Related Materials, Volume 14, Issues 3-7, March-July 2005, Pages 913-920 C. Casiraghi, A.C. Ferrari, J. Robertson

Stress Control Gas pressure /temperature Tensile stress due to collapsing of voids Higher temperature annealing of structure low stress Compressive stress subplantation 2/28/201 7 40

Compressive stress f FD = conc. of Frenkel defects f Ar = conc. of argon ΔΩ FD = volume change due to Frenkel defects ΔΩ Ar = volume change due to argon entrapped 2/28/201 7 41

Tensile stress 2/28/201 7 42

Ion beam nano roughening Enhanced adhesion 43