Skenovac´ı (rastrovac´ı) elektronov´y mikroskop patˇr´ı k nejvˇsestrannˇejˇs´ım pˇr´ıstro-j˚um, kter´e jsou pouˇz´ıv´any na pozorov´an´ı a anal´yzu mikrostruktury pevn´ych l´atek.
Pracuje na principu ´uzk´eho svazku elektron˚u emitovan´ych ze ˇzhaven´e katody. Zdro-jem elektron˚u je zpravidla ˇzhaven´e wolframov´e vl´akno. Urychlen´e elektrony prol´etaj´ı soustavou elektromagnetick´ych ˇcoˇcek a tento paprsek prim´arn´ıch elektron˚u je pˇred dopadem na povrch vzorku rozpohybov´an vychylovac´ımi c´ıvkami tak, aby pokryl malou ploˇsku ˇr´adky – rastruje. Interakc´ı elektronov´eho svazku s povrchem vzorku vznikaj´ı sekund´arn´ı elektrony. Vlastn´ı obraz vznik´a modulac´ı v´ystupn´ıho sign´alu detektoru, kter´y zpracov´av´a zachycen´y sign´al ze sekund´arn´ıch elektron˚u.
Hlavn´ı v´yhodou SEM je vysok´a rozliˇsovac´ı schopnost aˇz 0,5 nm, velk´a hloubka os-trosti a trojrozmˇern´y vzhled z´ıskan´ych obraz˚u. Dalˇs´ı pˇrednost´ı je moˇznost zpracov´an´ı dalˇs´ıch sign´al˚u, kter´e jsou v´ysledkem interakce prim´arn´ıho svazku elektron˚u se vzor-kem (Augerovy elektrony, odraˇzen´e elektrony, RTG z´aˇren´ı) a t´ım z´ısk´an´ı uˇziteˇcn´ych informac´ı o materi´alu. Limituj´ıc´ım faktorem pouˇzit´ı m˚uˇze b´yt nutnost um´ıstˇen´ı vzorku ve vakuu. Dalˇs´ım poˇzadavkem je vodivost zkouman´eho vzorku. Proto je nutn´e nevodiv´e vzorky pˇred vloˇzen´ım do pˇr´ıstroje nejdˇr´ıve pokovit napraˇsov´an´ım mˇed´ı, hlin´ıkem, stˇr´ıbrem nebo zlatem v pˇr´ıpadˇe nejvˇetˇs´ıch zvˇetˇsen´ı [99]. Pro zkou-man´e vzorky textili´ı bylo pouˇzito napraˇsov´an´ı zlatem.
4.4.4 Metoda mˇ eˇ ren´ı fotokatalytick´ eho rozkladu
Fotokatalytick´a aktivita vytvoˇren´ych vrstev byla testov´ana prostˇrednictv´ım rych-losti rozkladu modelov´eho organick´eho barviva. Substr´at s testovanou vrstvou byl vloˇzen do 25 ml modelov´e l´atky, um´ıstˇen na elektromagnetickou m´ıchaˇcku a oz´aˇren UV-A z´aˇrivkou (Philips TLD 15W/05 s maxim´aln´ı intenzitou pˇri 365 nm). Zdroj UV byl um´ıstˇen 100 mm nad vzorkem a pracovn´ı teplota byla 32◦C. Doba ozaˇrov´an´ı byla standardnˇe 5 hodin. Zaˇr´ızen´ı je zn´azornˇeno na obr´azku 4.11.
eliptický reflexní kryt
zdroj UV záření - výbojka
Petriho misky s prášky resp. vrstvami TiO2 v roztoku barviva
pětimístná magnetická míchačka Obr´azek 4.11: M´ıchaˇcka
Jako modelov´a l´atka pro fotokatalytick´y rozklad bylo pouˇz´ıv´ano organick´e bar-vivo Acid orange 7 (AO7) C16H11N2NaO4S (4-((2-hydroxy-1-naftyl)azo) benzensul-fonan sodn´y). AO7 nejv´ıce vyhovuje vˇsem poˇzadavk˚um pro testov´an´ı fotokataly-tick´ych vlastnost´ı materi´alu a je bˇeˇznˇe pouˇz´ıvanou l´atkou pro pouˇzit´y princip tes-tov´an´ı. Tyto poˇzadavky jsou podrobnˇe pops´any napˇr. v disertaˇcn´ı pr´aci H´ajkov´e [96]. Strukturn´ı vzorec AO7 je na obr´azku 4.12. Absorpˇcn´ı maximum t´eto l´atky je pˇri 485 nm.
N
N S O− Na+
O
O OH
Obr´azek 4.12: Acid orange
Kinetika fotokatalytick´eho rozkladu byla hodnocena ze zmˇeny koncentrace AO7 jako funkce doby osvitu. Koncentrace AO7 byla mˇeˇrena na spektrofotometru UV/-VIS (916 GBC) pˇri absorbanci 485 nm na Katedˇre chemie FP TUL pod veden´ım Ing. M¨ullerov´e Ph.D. Tato koncentrace byla srovn´ana s p˚uvodn´ı koncentrac´ı pˇred oz´aˇren´ım. Z rozd´ılu koncentrac´ı byl zjiˇstˇen rychlostn´ı koeficient, kter´y charakterizuje m´ıru ´uˇcinnosti fotokatalytick´e aktivity [96].
Pro v´ypoˇcet plat´ı tyto vztahy:
KR= ln(c0 c) ·1
t (4.1)
kde KRje hledan´y rychlostn´ı souˇcinitel reakce, c0[mol dm−3] je poˇc´ateˇcn´ı koncen-trace, c [mol dm−3] je koncentrace l´atky po p˚usoben´ı UV, a t [h] je doba oz´aˇren´ı UV.
V´ysledn´y rychlostn´ı souˇcinitel r [dm3h−1W−1] je normalizov´an na objem mˇeˇren´eho vodn´eho roztoku Acid orange 7 V [dm3], geometrickou ozaˇrovanou plochu vzorku S [m2] a intenzitu dopadaj´ıc´ıho z´aˇren´ı P [W m−2] a je vypoˇcten dle rovnice
r = KR· ( V
S · P) (4.2)
Tento normovan´y rychlostn´ı souˇcinitel r vyjadˇruje fotokatalytickou aktivitu TiO2 vrstev [96].
5. Experiment – dosaˇ zen´ e v´ ysledky a diskuse
Hlavn´ım c´ılem t´eto disertaˇcn´ı pr´ace bylo urˇcit moˇznosti rovnomˇern´e nanesen´ı tenk´ych funkˇcn´ıch vrstev na textiln´ı substr´at. V n´asleduj´ıc´ıch kapitol´ach jsou pops´any postupy mapuj´ıc´ı d´ılˇc´ı c´ıle, jako jsou studium problematiky rovnomˇernosti nanesen´ı vrstev na por´ezn´ı substr´at a studium moˇzn´e fotokatalytick´e aktivity v´ysledn´ych vrstev.
K oˇcek´avan´ym probl´em˚um v ˇreˇsen´ı patˇrila pˇredevˇs´ım penetrace aktivn´ıch ˇc´astic do por´ezn´ıho substr´atu. Vzhledem ke skuteˇcnosti, ˇze textiln´ı materi´aly jsou povaˇzov´any za silnˇe por´ezn´ı, byla v pˇredbˇeˇzn´ych ´uvah´ach pouˇzita metodika Jodase, kter´y se zab´yval penetraˇcn´ımi schopnostmi plazmov´ych modifikac´ı do pr´aˇskov´eho substr´atu [100]. Tyto pˇredbˇeˇzn´e studie jsou tak´e uvedeny v n´asleduj´ıc´ıch kapitol´ach.
Pro studium procesu penetrace byl vytvoˇren modelov´y substr´at a byly na nˇem provedeny n´ıˇze popsan´e experimenty. Bˇehem nich byly mˇenˇeny depoziˇcn´ı parametry a porovn´av´any vlivy na zab´ıhavost vrstvy.
Vzhledem zamˇeˇren´ı t´eto disertaˇcn´ı pr´ace na textiln´ı substr´aty byly n´aslednˇe prov´adˇeny experimenty na tˇrech vrstv´ach bavlnˇen´ych tkanin a na nich sledov´ana tvorba vrstvy.
Na naˇsem pracoviˇsti byly ˇreˇseny ot´azky fotokatal´yzy, kter´a se d´a vyuˇz´ıt tak´e pˇri filtraci vzduchu ˇci vody. Z tohoto pohledu jsou textiln´ı materi´aly velmi vhodn´e jako filtraˇcn´ı medium. N´asleduj´ıc´ı experimenty se zamˇeˇruj´ı pr´avˇe na fotoaktivitu vrstev na textiln´ıch materi´alech. Pˇri tˇechto experimentech byly vyuˇzity pˇredchoz´ı zkuˇsenosti pˇri depozic´ıch fotokatalytick´ych vrstev, kdy se uk´azalo, ˇze pro zv´yˇsen´ı fotokatalytick´e ´uˇcinnosti je zapotˇreb´ı vyˇsˇs´ıch teplot pro vytvoˇren´ı anatasu. Pro tyto experimenty byly pouˇzity substr´aty z technick´ych tkanin vyroben´e ze sklenˇen´ych a ˇcediˇcov´ych vl´aken.
5.1 Pˇ redbˇ eˇ zn´ e ´ uvahy
Pˇri ˇreˇsen´ı autorka vych´azela z nˇekolika pˇredchoz´ıch studi´ı prob´ıhaj´ıc´ıch v labo-ratoˇr´ıch povrchov´eho inˇzen´yrstv´ı na Katedˇre materi´alu Fakulty strojn´ı na Technick´e univerzitˇe v Liberci. Ty byly zamˇeˇreny na penetraˇcn´ı ´uˇcinky pˇredevˇs´ım plazmov´ych modifikac´ı. Jodas ve sv´e diplomov´e pr´aci [100] prok´azal modifikaci polyethylenov´eho
pr´aˇsku aˇz do hloubky 18 mm. Vatuˇna popisuje modifikaci ˇsesti vrstev PES tkaniny ve sv´e disertaˇcn´ı pr´aci [101] a uv´ad´ı ´uˇcinky modifikace ve vˇsech vrstv´ach.
5.1.1 Pˇ redbˇ eˇ zn´ y experiment depozice vrstev na pr´ aˇ skov´ y substr´ at
V prvn´ım kroku byla zkoum´ana moˇznost vyuˇzit´ı metody Jodase pro stanoven´ı pene-trace pˇri depozici TiO2 vrstvy na na polyethylenov´y granul´at. Ten byl do aparatury vloˇzen ve speci´aln´ım drˇz´aku s pohybliv´ym dnem, kter´y je schematicky zn´azornˇen na obr´azku 5.1 [100].
1
2 3
4 5
Obr´azek 5.1: Mˇeˇr´ıc´ı pˇr´ıpravek v ˇrezu. 1 – polymer, 2 – v´alec, 3 – p´ıst, 4 – deska, 5 – ˇsroub
Pohybliv´e dno je pomoc´ı ˇsroubu vysunov´ano nahoru a s n´ım i polyethylenov´y pr´aˇsek. Na jednu ot´aˇcku ˇsroubu se dno vysune o 1 mm. Vrstva pr´aˇsku vysunut´a nad okraj sklenˇen´eho p´ıstu se seˇr´ızne pomoc´ı lopatky z p´ıstu na z´akladn´ı desku a odtud m˚uˇze b´yt odebr´ana pro vyhodnocen´ı.
D´ıky tomuto drˇz´aku je moˇzn´e odeb´ırat jednotliv´e vrstvy pr´aˇsku v definovan´e tlouˇst’ce a pozorovat zmˇenu povrchov´ych vlastnost´ı pr´aˇsku v jednotliv´ych vrstv´ach v z´avislosti na vzd´alenosti vrstev od povrchu a t´ım sledovat hloubku penetrace aktivn´ıch ˇc´astic do pr´aˇsku. Tato metodika byla pˇrevzata z diplomov´e pr´ace Jodase [100].
V tabulce 5.1 jsou uvedeny depoziˇcn´ı parametry procesu nan´aˇsen´ı vrstev.
Tabulka 5.1: Depoziˇcn´ı parametry na pr´aˇskov´y substr´at
Prekurzor TTIP
Pr˚utok pracovn´ıho plynu O2 20 sccm
Tlak 10 Pa
V´ykon 200 W
Doba expozice 120 min
Po vyjmut´ı drˇz´aku z aparatury byly postupnˇe odebr´any tˇri vrstvy pr´aˇsku. Kaˇzd´a vrstva mˇela hloubku 1 mm. Tyto jednotliv´e vrstvy byly analyzov´any pomoc´ı SEM.
Sn´ımky granul´ı z jednotliv´ych vrstev ukazuj´ı n´asleduj´ıc´ı obr´azky.
Obr´azek 5.2: Granule polyethyle-nov´eho pr´aˇsku bez povrchov´e ´upravy
Obr´azek 5.3: Granule polyethyle-nov´eho pr´aˇsku – upraven´a, v prvn´ı vrstvˇe
Obr´azek 5.2 zobrazuje neupravenou granuli pr´aˇsku, pouˇz´ıvan´eho jako substr´at pro depozici vrstev oxidu titaniˇcit´eho. Na obr´azku 5.3 je ˇc´astice polyethylenov´eho pr´aˇsku v prvn´ı vrstvˇe. Porovn´an´ım tˇechto dvou sn´ımk˚u nen´ı moˇzn´e jednoznaˇcnˇe dok´azat, ˇze na granuli je nanesena vrstva. Po bliˇzˇs´ım zkoum´an´ı jsou na povrchu patrn´e drobn´e ˇc´asteˇcky neˇcistot, ale nelze s jistotou tvrdit, ˇze jsou d˚usledkem de-poziˇcn´ıho procesu.
Obr´azek 5.4: Granule polyethyle-nov´eho pr´aˇsku – upraven´a, v druh´e vrstvˇe
Obr´azek 5.5: Granule polyethyle-nov´eho pr´aˇsku – upraven´a, v tˇret´ı vrstvˇe
Na obr´azc´ıch 5.4 a 5.5 pak vid´ıme granule pr´aˇsku ve druh´e a tˇret´ı vrstvˇe. Povrch tˇechto granul´ı je jiˇz bez jak´ychkoliv zn´amek ´upravy i v´yˇse zm´ınˇen´ych neˇcistot, povrch je stejn´y jako u neupraven´e granule.
Nan´aˇsen´ı vrstev na pr´aˇsky se uk´azalo b´yt neperspektivn´ım a to pˇredevˇs´ım kv˚uli sloˇzit´e a nejednoznaˇcn´e kvalifikaci v´ysledk˚u. Ze sn´ımk˚u poˇr´ızen´ych na SEM nebylo moˇzn´e s jistotou prok´azat pˇr´ıtomnost vrstvy. K vyhodnocov´an´ı v´ysledk˚u se nab´ızela
moˇznost vyuˇz´ıt zmˇeny povrchov´ych vlastnost´ı, jako je zmˇena sm´aˇcivosti, kterou lze velmi dobˇre stanovit napˇr. Washburnovou metodou. Ta byla pouˇzita jiˇz v Jodasovˇe pr´aci k hodnocen´ı zmˇeny sm´aˇcivosti pˇri modifikaci pr´aˇsk˚u v jednotliv´ych vrstv´ach substr´atu [100, 102]. Ale i pˇri depoziˇcn´ım procesu doch´az´ı k jist´e m´ıˇre modifikace samotn´eho povrchu PE ˇc´astic vlivem plazmatu jeˇstˇe pˇred vytvoˇren´ım vrstvy a tedy je jist´e, ˇze na zjiˇstˇenou zmˇenu sm´aˇcivosti m´a vliv i ta. Je prakticky nemoˇzn´e tento vliv eliminovat a urˇcit s jistotou, jak adhezi ovlivˇnuje pr´avˇe pˇr´ıpadnˇe nanesen´a vrstva nebo urˇcit´a modifikace pˇri procesu.
5.1.2 Z´ avˇ er pˇ redbˇ eˇ zn´ ych ´ uvah
Vzhledem ke zm´ınˇen´ym probl´em˚um s vyhodnocen´ım v´ysledk˚u bylo od dalˇs´ıch po-kus˚u na pr´aˇskov´em substr´atu ustoupeno. Probl´em penetrace aktivn´ıch ˇc´astic bˇehem depoziˇcn´ıho procesu se uk´azal vyzkouˇsenou metodou velmi ˇspatnˇe vyhodnotiteln´y.
Proveden´e depozice vˇsak uk´azaly nov´y smˇer, kter´ym byla dalˇs´ı pr´ace vedena.
Pozornost byla zamˇeˇrena na difuzitu aktivn´ıch ˇc´astic bˇehem depoziˇcn´ıho procesu a vliv velikosti molekul pouˇzit´ych pracovn´ıch plyn˚u.
5.2 Studium penetrace
St´ale otevˇren´a ot´azka penetrace, kterou pouˇzit´a metoda neumoˇzˇnovala dostateˇcnˇe vyhodnotit, vyb´ızela k podrobnˇejˇs´ımu studiu a nalezen´ı jednoduch´eho zp˚usobu mˇeˇren´ı. Byla navrˇzena metodika mˇeˇren´ı penetrace pˇri depoziˇcn´ım procesu na mo-delov´em substr´atu.
D´ıky tomuto zjednoduˇsen´emu modelu por´ezn´ıho substr´atu bylo moˇzn´e jed-noznaˇcnˇe zmˇeˇrit tlouˇst’ku vytvoˇren´e vrstvy. V n´asleduj´ıc´ıch testech byl zkoum´an i zm´ınˇen´y vliv velikosti molekul prekurzoru a kromˇe vrstev TiO2 byla pozornost zamˇeˇrena tak´e na tvorbu polymern´ıch vrstev pomoc´ı C2H2. Acetylen je snadno dostupn´y plyn s jednoduchou molekulou, kter´y pomˇernˇe snadno polymeruje a ne-klade velk´e n´aroky na laboratorn´ı zaˇr´ızen´ı a uspoˇr´ad´an´ı. Proto prvn´ı pokusy na modelov´em substr´atu prob´ıhaly pr´avˇe s vyuˇzit´ım acetylenu jako prekurzoru. Po
´
upravˇe substr´atu do fin´aln´ı podoby byly vrstvy vytv´aˇreny za pomoc´ı TTIP. Oba prekurzory jsou podrobnˇeji pops´any v kapitole 4.2.
Na z´akladˇe z´ıskan´ych v´ystup˚u bylo moˇzn´e vytvoˇrit matematick´y model, kter´y dok´aˇze do urˇcit´e m´ıry predikovat chov´an´ı aktivn´ıch ˇc´astic bˇehem depozice vrstev a vytv´aˇren´ı vrstev v uzavˇren´em a st´ınˇen´em prostoru.
Studium hloubky penetrace aktivn´ıch ˇc´astic do definovan´e ˇstˇerbiny substr´atu prob´ıhalo v r´amci projekt˚u GA ˇCR 202/05/2242 a Centrum Nanopin 1M0577.
5.2.1 Prvn´ı pokusy na modelov´ em substr´ atu
Pro studium penetrace radik´al˚u bˇehem depoziˇcn´ıch proces˚u je kl´ıˇcov´y modelov´y substr´at, kter´y definovan´ym zp˚usobem simuluje podm´ınky st´ınˇen´eho neboli ˇc´asteˇcnˇe uzavˇren´eho prostoru. Hloubku penetrace radik´al˚u na modelov´em substr´atu je moˇzno vyhodnocovat ze zmˇeny tlouˇst’ky nanesen´e vrstvy.
Modelov´y substr´at byl navrˇzen tak, aby jej bylo moˇzn´e pomˇernˇe jednoduch´ym zp˚usobem sestavit a po depozici rozebrat a zmˇeˇrit tlouˇst’ku vznikl´e vrstvy. Kaˇzd´y jednotliv´y substr´at byl sloˇzen ze dvou podloˇzn´ıch skl´ıˇcek a dvou diferenˇcn´ıch prouˇzk˚u definovan´e tlouˇst’ky. Tlouˇst’ka diferenˇcn´ıch prouˇzk˚u byla 0,8; 1,6; 6 a 10 mm. D´elka ˇstˇerbiny byla 80 mm a ˇs´ıˇrka 7 mm. Takto sloˇzen´y substr´at umoˇzˇnoval mˇeˇren´ı tlouˇst’ky vrstvy vytvoˇren´e ve ˇstˇerbinˇe, kter´a byla uzavˇrena ze smˇeru pˇr´ım´eho p˚usoben´ı plazmatu a vrstva se v n´ı mohla tvoˇrit pouze d´ıky aktivn´ım ˇc´astic´ım, kter´e do ˇstˇerbiny pronikaly otvorem z boku substr´atu. Obr´azek 5.6 zn´azorˇnuje prvotn´ı verzi tohoto substr´atu.
a) b)
Obr´azek 5.6: Modelov´y substr´at s definovanou ˇstˇerbinou
a) sloˇzen´y substr´at se ˇstˇerbinou, b) rozebran´y substr´at pˇripraven´y pro mˇeˇren´ı
Hloubka penetrace byla mˇeˇrena v z´avislosti na depoziˇcn´ıch podm´ınk´ach a geome-trii substr´atu. Tenk´a vrstva byla pozorov´ana v m´ıstˇe ˇstˇerbiny po cel´e d´elce substr´atu.
U kraj˚u ˇstˇerbiny byla tlouˇst’ka vrstvy ˇr´adovˇe v desetin´ach mikrometr˚u a ke stˇredu ˇstˇerbiny se zmenˇsovala. Tlouˇst’ka vrstvy byla mˇeˇrena v milimetrov´ych vzd´alenostech od okraje ˇstˇerbiny pomoc´ı optick´eho profilometru.
Uk´azka profilu vybran´e vrstvy ve ˇstˇerbinˇe z´ıskan´eho pˇr´ıstrojem AFM je pre-zentov´ana na obr´azku 5.7. Pro n´azornost byla vybr´ana oblast ohraniˇcen´a zaˇc´atkem ˇstˇerbiny a hranou diferenˇcn´ıho prouˇzku.
Tabulka 5.2: Depoziˇcn´ı parametry
Plyn C2H2
Pr˚utok pracovn´ıho plynu C2H2 10 sccm
Tlak 2,5; 5; 10 Pa
V´ykon 15 W
Doba depozice 60 min
Vrstvy na modelov´em substr´atu byly nan´aˇseny pro vˇsechny uveden´e v´yˇsky ˇstˇerbiny spoleˇcnˇe. Byly tak zajiˇstˇeny stejn´e depoziˇcn´ı podm´ınky pro porovn´avan´e vrstvy. Pouˇzit´e depoziˇcn´ı parametry ud´av´a tabulka 5.2. Depozice byly vytv´aˇreny pro r˚uzn´e tlaky, aby byl vyhodnocen jeho vliv na zab´ıh´an´ı vrstev do ˇstˇerbiny.
Obr´azek 5.7: Uk´azka typick´eho profilu vybran´e vrstvy ve ˇstˇerbinˇe o v´yˇsce 10 mm na sn´ımc´ıch z AFM
Pro lepˇs´ı pˇrehlednost a porovnatelnost v´ysledk˚u je v grafech uv´adˇena
”pomˇern´a tlouˇst’ka“. Ta je urˇcena pomˇerem mezi tlouˇst’kou vrstvy namˇeˇren´e ve ˇstˇerbinˇe a vrstvy na ploch´em vzorku bez ˇstˇerbiny. Zaznamenan´a pr˚umˇern´a hodnota tlouˇst’ky vrstvy vytvoˇren´e na ploch´em vzorku byla 2,28µm.
Nejdˇr´ıve byla hodnocena z´avislost pomˇern´e tlouˇst’ky vrstev na vzd´alenosti od vstupu do ˇstˇerbiny. Tedy zaznamen´an vliv geometrie substr´atu na tlouˇst’ku vrstvy.
Namˇeˇren´e hodnoty, prezentovan´e v grafu 5.8, plat´ı pro depoziˇcn´ı tlak 10 Pa a jsou ud´av´any pro jednotliv´e v´yˇsky ˇstˇerbiny [103].
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 2 4 6 8
·10−2
vzd´alenost od kraje [mm]
tlouˇst
’ kavrstvy[-]
A (0,8 mm) B (1,6 mm) C (6 mm) D (10 mm)
Obr´azek 5.8: Charakter z´avislosti tlouˇst’ky vrstev na vzd´alenosti od vstupu do ˇstˇerbiny pro r˚uzn´e v´yˇsky ˇstˇerbiny. Depoziˇcn´ı tlak byl 10 Pa
Jak je z uveden´eho grafu patrn´e, vrstva ve ˇstˇerbinˇe 10 mm byla mˇeˇriteln´a aˇz v hloubce 15 mm od zaˇc´atku ˇstˇerbiny, zat´ımco u ˇstˇerbiny 0,8 mm byla tlouˇst’ka mˇeˇriteln´a pouze v hloubce 4 mm.
V n´asleduj´ıc´ıch experimentech byl mˇenˇen depoziˇcn´ı tlak a zaznamen´av´an vliv na zab´ıhavost vrstvy do modelovan´e ˇstˇerbiny. Zab´ıhavost´ı je v t´eto disertaˇcn´ı pr´aci oznaˇcov´an jev, jak daleko od ´ust´ı ˇstˇerbiny se vytvoˇr´ı vrstva, tedy kam aˇz se
dosta-nou ˇc´astice aktivovan´e plazmatem. Z´avislost tlouˇst’ky vrstvy na tlaku je uvedena v grafu na obr´azku 5.9. Hodnoty pomˇern´e tlouˇst’ky jsou ud´av´any pro ˇstˇerbinu vyso-kou 10 mm.
Obr´azek 5.9: Z´avislost relativn´ı tlouˇst’ky vrstev na vzd´alenosti od vstupu do ˇstˇerbiny pro r˚uzn´e depoziˇcn´ı tlaky. V´yˇska ˇstˇerbiny byla 10 mm
Z uveden´ych v´ysledk˚u lze ˇr´ıci, ˇze pˇri n´ızk´em tlaku nedoch´az´ı k pˇr´ıliˇs velk´e pe-netraci a vrstva je mˇeˇriteln´a pouze nˇekolik milimetr˚u od okraje ˇstˇerbiny. Naopak u vyˇsˇs´ıch tlak˚u doch´az´ı ke tvoˇren´ı vrstvy i hloubˇeji ve ˇstˇerbinˇe [103]. V uveden´em pˇr´ıpadˇe byla tlouˇst’ka vrstvy mˇeˇriteln´a do hloubky aˇz 15 mm.
Z uveden´ych graf˚u je potvrzen urˇcit´y charakter kˇrivky, vyjadˇruj´ıc´ı tlouˇst’ku vrstvy v ˇc´asteˇcnˇe uzavˇren´e ˇstˇerbinˇe. Ale variabilnost v´ysledk˚u je velk´a. Nˇekter´e namˇeˇren´e tlouˇst’ky vrstev jsou vzd´alen´e pˇredpokl´adan´ym hodnot´am. Nav´ıc poˇc´ateˇcn´ı tlouˇst’ky na zaˇc´atku ˇstˇerbiny by mˇely b´yt alespoˇn r´amcovˇe podobn´e, ale v obou pre-zentovan´ych grafech se v´yraznˇe liˇs´ı. Vzhledem k tˇemto skuteˇcnostem bylo provedeno mˇeˇren´ı smˇerodatn´e odchylky u z´ıskan´ych hodnot tlouˇst’ky. N´ıˇze jsou tak´e popsan´e dalˇs´ı probl´emy, kter´e doprov´azely uveden´e mˇeˇren´ı a postupy, jak byly vyˇreˇseny.
5.2.2 Probl´ emy u prvn´ıho modelov´ eho substr´ atu
Bˇehem mˇeˇren´ı v´yˇse popsan´ym zp˚usobem se uk´azala pomˇernˇe velk´a nerovnomˇernost namˇeˇren´ych dat. Prezentovan´e grafick´e zn´azornˇen´ı vykazuje znaˇcn´e v´ykyvy v namˇ e-ˇren´ych hodnot´ach. Sice byla prok´az´ana tvorba vrstvy v prostoru, kter´y nen´ı pˇr´ımo ovlivnˇen plazmov´ym p˚usoben´ım. A potvrzena souvislost depoziˇcn´ıch podm´ınek na hloubku penetrace aktivn´ıch ˇc´astic a tedy na zab´ıhavost vrstvy. Je vˇsak nutn´e pouk´azat na nˇekter´e probl´emy, kter´e prov´azely proveden´e depozice a mˇeˇren´ı tlouˇst’ky vrstev. Aby byly v´ysledky mˇeˇren´ı smˇerodatn´e a navz´ajem porovnateln´e, musely b´yt tyto probl´emy vyˇreˇseny a odstranˇeny chyby, kter´e jimi byly do prezentovan´ych v´ysledk˚u zaneseny.
Tyto probl´emy a jejich ˇreˇsen´ı jsou zm´ınˇeny v n´asleduj´ıc´ı kapitole a pˇr´ımo nava-zovaly na poznatky, kter´e byly z´ısk´any pˇri vyhodnocen´ı vzork˚u popsan´ych v´yˇse.
Probl´em adheze vrstev k substr´atu
Z´asadn´ım probl´emem, kter´y ovlivˇnoval mˇeˇren´ı na pˇredchoz´ıch vzorc´ıch, byla adheze vrstev na mˇeˇren´em substr´atu. Ta byla pˇri prvotn´ıch depozic´ı velmi ˇspatn´a. Vrstvy se l´amaly a odlupovaly. Proto bylo provedeno pˇred vlastn´ı depozic´ı ˇciˇstˇen´ı substr´atu v kysl´ıkov´em v´yboji (5 min, 25 sccm, 100 W, 5 Pa). Adheze byla vˇsak lepˇs´ı pouze v pˇr´ıpadˇe kratˇs´ıch depoziˇcn´ıch ˇcas˚u, kdyˇz doba depozice byla z p˚uvodn´ıch 60 min zkr´acena na 15 min. Zkr´acen´ı ˇcasu depozice vˇsak umoˇznilo vytvoˇren´ı pouze velmi tenk´ych vrstev, jejichˇz tlouˇst’ka v m´ıstˇe ˇstˇerbiny byla jiˇz za hranic´ı mˇeˇritelnosti.
Na z´akladˇe tˇechto pokus˚u byl m´ısto kysl´ıkov´eho v´yboje pouˇzit k ˇciˇstˇen´ı vzork˚u v´yboj argonov´y. Nav´ıc bylo pˇred vloˇzen´ım substr´at˚u do aparatury prov´adˇeno jejich ˇciˇstˇen´ı p´arami izopropylalkoholu. Adheze vrstev byla po t´e velmi dobr´a i pˇri pouˇzit´ı delˇs´ıch depoziˇcn´ıch ˇcas˚u. D´ıky tomu byla z´ısk´ana vrstva o tlouˇst’ce aˇz 1000 nm.
Probl´em variability namˇeˇren´e tlouˇst’ky
Obr´azek 5.10: Profil z mˇeˇren´ı op-tick´ym profilometrem bez napr´aˇsen´ı zla-tem
Obr´azek 5.11: Profil z mˇeˇren´ı op-tick´ym profilometrem s napr´aˇsenou vrstvou zlata
Pˇri mˇeˇren´ı tlouˇst’ky byly z´ısk´any velice rozd´ıln´e v´ysledky, u nˇekter´ych vzork˚u se tlouˇst’ka v˚ubec nedala zmˇeˇrit. Problematick´y profil z optick´eho profilometru zn´azorˇnuje obr´azek 5.10. Aby nedoch´azelo k neˇz´adouc´ım interferenc´ım, byly pˇred mˇeˇren´ım vzorky napr´aˇseny zlatem. Stejn´y vzorek po napr´aˇsen´ı je uveden na obr´azku
Pˇri mˇeˇren´ı tlouˇst’ky byly z´ısk´any velice rozd´ıln´e v´ysledky, u nˇekter´ych vzork˚u se tlouˇst’ka v˚ubec nedala zmˇeˇrit. Problematick´y profil z optick´eho profilometru zn´azorˇnuje obr´azek 5.10. Aby nedoch´azelo k neˇz´adouc´ım interferenc´ım, byly pˇred mˇeˇren´ım vzorky napr´aˇseny zlatem. Stejn´y vzorek po napr´aˇsen´ı je uveden na obr´azku