Vodivost lze měřit obyčejným multimetrem, kterým lze měřit elektrický odpor. Na-měřená hodnota elektrického odporu je převrácenou hodnotou vodivosti.
Vodivost deponované vrstvy lze také vypočítat jednoduchým vztahem.
G = σS
l (4.1)
Pomocí uvedeného vztahu bylo možné vypočítat vodivost deponované vrstvy na všech vzorcích. Tato hodnota je ovšem pouze teoretická. Přímé měření bylo možné provést pouze u vzorku č. 1. Ostatní vzorky vykazují hodnotu nekonečného elek-trického odporu, tedy nulové vodivosti. Tato skutečnost byla ověřena i měřením elektrického odporu nepřímou metodou, kdy bylo napětí řádově vyšší, než které používá multimetr (30 V).
Důvodů, proč nebylo možné odpor změřit může být více:
• Důvodem může být nehomogenní vrstva, tedy to, že vrstva není celistvá.
To platí například v obrázku 4.6, kde lze pozorovat povrch substrátu s deponovanou vrstvou s přiblížením 20000×. Pokud se na povrch podíváme pouhým okem, zdá se vrstva celistvá. Při takto velkém přiblížení je však zřejmé, že na povrchu substrátu (skla) vznikly body, kde se zlato naneslo, ale netvoří celistvou (homogenní) vrstvu po celém povrchu. Lze tedy říci, že vrstva nemůže být vodivá.
• Dalším důvodem může být oxidace povrchu. To platí v případě vrstvy de-ponované z měděného targetu. Měď velmi rychle oxiduje. Tento proces lze pozorovat, když porovnáme vzorek čerstvě nanesený se starším vzorkem na-neseným za stejných podmínek. Deponovaná vrstva bude v případě staršího vzorku tmavší. Ve chvíli, kdy je při měření snaha zoxidovanou vrstvu očistit dochází ke zničení vrstvy deponované.
Obrázek 4.6: Vzorek 2 s přiblížením 20 000×
5 Závěr
V práci byla řešena problematika tvorby tenkých vrstev metodou PVD. Dále by-ly rozebrány způsoby přípravy povrchů před tvorbou vrstev a možnosti testování hotových tenkých vrstev.
Získané znalosti byly využity k navržení a realizaci funkčního povlakovacího zařízení. S pomocí povlakovacího zařízení byl vytvořen soubor testovacích vrstev, které byly následně testovány.
Soubor testovacích vrstev byl podroben měření tloušťky vrstvy, měření drsnosti, měření chemického složení a měření vodivosti vrstev.
Ze všech měření byly zjištěny následující skutečnosti:
Rychlost růstu deponované vrstvy je závislá na urychlovacím napětí, vzdálenosti substrátu od targetu a na době deponování. Dále závisí tloušťka vrstvy na materiálu, který deponujeme. Z výsledkové tabulky4.1 je jasně vidět, že rychlost růstu vrstvy zlata byla přibližně dvakrát rychlejší, než při deponování mědi.
Drsnost deponované vrstvy se odvíjí od tloušťky vrstvy. Z tabulky 4.2 vyplý-vá, že největší drsnosti bylo dosaženo vysokým urychlovacím napětím nebo ma-lou vzdáleností substrátu od targetu. Nejvyšší průměrná drsnost byla zaznamenána u nejtlustší vrstvy. Drsnost této vrstvy lze vidět na obrázku 4.4b, kde lze zřetelně rozeznat částice mědi, které drsnost zvyšují.
Při porovnání drsnosti vrstev a čistého skla je vidět, že deponováním vrstvy se povrch zdrsní minimálně trojnásobně. To je způsobeno velikostí deponovaných částic.
Měření chemického složení deponované vrstvy ukázalo, že poměrné množství deponovaného materiálu se zvyšuje se zvyšující se tloušťkou vrstvy. Výsledky spolu tedy korespondují.
Měření vodivosti deponované vrstvy bylo kromě jednoho vzorku neúspěšné.
Při měření prvního vzorku byla odečtena hodnota vodivosti 22 mS. U ostatních vrstev se vodivost změřit nepodařilo. Důvodem je nehomogenní vrstva, jak je vidět z obrázku4.6 nebo oxidace vrstvy, která znemožní vodivý povrch měřit.
Podle zadání měly být výsledky testovaných vrstev srovnány s výsledky vrstev deponovaných na komerčním zařízení. Toto zařízení bohužel díky poruše přestalo pracovat, a tak nebylo možné na tomto zařízení testovací vzorky vytvořit.
Vzhledem k této skutečnosti bude zařízení, které je předmětem této bakalářské práce, použito v Laboratoři analytických metod namísto zařízení komerčního.
Přestože je zařízení funkční je možné dále jeho možnosti rozšiřovat.
K vylepšení se nabízí princip naprašování, který je řešen bez magnetu. Pře-pracování naprašovacích elektrod na magnetron by umožnilo deponovat kvalitnější vrstvy rychleji. Dále by se kvalita deponovaných vrstev dala zvýšit přidáním inertní-ho plynu do komory. Elektronická zpětnovazební regulace napětí mezi elektrodami by zajistila vyšší reprodukovatelnost vrstev.
K těmto možnostem zlepšení zařízení je ovšem nutné přemýšlet také nad jiným způsobem řízení. Logický modul LOGO! je sice možné dále rozšiřovat, ale jeho pro-gramování je oproti psaní textového programu velmi zdlouhavé, výsledný program je nepřehledný a již při programování zařízení v dříve popsaném stavu bylo dosaženo limitů LOGO! při čtení z vakuoměru.
Použitá literatura
[1] TŮMA, Marek. Povrchové úpravy oceli pro výrobu slévárenských forem. Libe-rec, 2014. diplomová práce. Technická univerzita v Liberci.
[2] VOLESKÝ, Lukáš. Studium degradačních procesů modifikovaných povrchů im-plantátů. Liberec, 2018. disertační práce. Technická univerzita v Liberci.
[3] SEDLÁČEK, Vladimír. Povrchy a povlaky kovů. Praha, 1992. skripta. České vysoké učení technické v Praze.
[4] PODANÝ, Pavel. Tenké vrstvy [online]. Plzeň, 2006 [cit. 2020-05-21]. Dostupné z:https://www.ateam.zcu.cz/tenke_vrstvy_sma.pdf.
[5] M, Muralidhar; G, Vijaya; MS, Krupashankara; SRIDHARA, B; SHRIDHAR, T. Studies on Nanostructure Aluminium Thin Film Coatings Deposited using DC magnetron Sputtering Process. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016, roč. 149, s. 012071. Dostupné z DOI: 10.1088/1757-899X/149/1/012071.
[6] Zkoušky tvrdosti [online] [cit. 2019-12-19]. Dostupné z: https://www.opi.
zcu.cz/Zkousky_tvrdosti.pdf.
[7] Princip scratch testu [online]. Berlín: ResearchGate GmbH, 2019 [cit. 2019-12-19]. Dostupné z: https : / / www . researchgate . net / publication / 332549604 / figure / fig7 / AS : 750101848940551 @ 1555849625795 / Schematic representation of the scratch test based on 48 A -Rockwell-C-indenter-is.png.
[8] Rastrovací elektronový mikrskop [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001- [cit. 2020-05-16]. Dostupné z: https : / / cs . wikipedia . org/wiki/Rastrovac%C3%AD_elektronov%C3%BD_mikroskop.
[9] PETRLÍK, Dan. Vliv podložky na mechanické vlastnosti povlaků při magne-tronovém naprašování. Praha, 2016. Bakalářská práce. České vysoké učení technické v Praze.
[10] What is the working principle of the pirani gauge? [online]. Hellebaek, Dánsko:
Sens4 A/S, 2020 [cit. 2020-05-23]. Dostupné z: https://sens4.com/pirani-working-principle.html.
[11] TC700 [online]. Varšava: EMEA Gateway, 2019 [cit. 2019-12-01]. Dostupné z: http://emeagateway.eu/emea/repozytorium/Image/TC700/TECOMAT_
TC700_1.png.
[12] KOVÁŘ, Josef; PROKOPOVÁ, Zuzana; ŠMEJKAL, Ladislav. Programování dle normy IEC 61 131 [online]. Zlín [cit. 2019-12-09]. Dostupné z: https : //www.spszl.cz/soubory/plc/programovani_dle_normy_iec61131.pdf.
Výukový materiál. Střední průmyslová škola Zlín.
[13] CP-1005 [online]. Kolín: IceStudio, 2017 [cit. 2019-12-01]. Dostupné z:https:
/ / www . tecomat . cz / Products / cz / plc tecomat foxtrot / zakladni -moduly/127-cp-1005/.
[14] OMC 8000 [online]. Praha: ORBIT MERRET, 2018 [cit. 2019-12-01]. Do-stupné z: http://www.merret.cz/sites/default/files/styles/produkt_
images/public/obrazky/produkt/176/plczaklad.png?itok=h44ZQvsH.
[15] LOGO! 12/24RCE [online]. Munich: Siemens Issuing CA, 2019 [cit. 2019-12-01]. Dostupné z: https://assets.new.siemens.com/siemens/assets/api/
uuid:c6088e55- e471- 4d1d- 8dcd- 3d43b6fb4ff3/width:3840/quality:
high/version:1558089614/logo-12-24rce-mit-display-grey.png.
[16] Siemens LOGO! Basic Modules [online]. Munich: Siemens Issuing CA, 2019 [cit. 2019-12-01]. Dostupné z: https : / / new . siemens . com / global / en / products / automation / systems / industrial / plc / logo / logo basic -modules.html#BasicModuleswithdisplay.
[17] Rozváděčová skříň Hensel [online]. Hradec Králové: Shopcentrik.cz, 2019 [cit.
2020-03-25]. Dostupné z: https://www.sonepar.cz/skrin-mi-90310-ip65-pruhledne-viko.
[18] 901P LoadLock Vacuum pressure transcuder RS232 / RS485 /Display: Ope-ration and Installation Manual [online]. MKS Instruments, 2020 [cit. 2020-05-17]. Dostupné z: https://www.mksinst.com/mam/celum/celum_assets/
resources/HPS901man-REVI.pdf.
Přílohy
1 2
FA1 B2 TR1 0-240V/2A TR2 230/3000V
2 1
3 D1 Komora
1 2
FA2 B6 LOGO! Power Input 230VAC Output 24VDC/1,3A
L1 + -N L+MI1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 Q1 1 2Q2 1 2Q3 1 2Q4 1 2
L+M SIEMENS HMI L1M U1M1I1U2M2I2
LOGO! AM2 AQ
PE SIEMENS SINAMICS V20 1234567891011
13131414121516
Frekvenční měnič
M 1
Vakuová pumpa 230V/80W
1 2
FA5 B6 ABB M1174 LN
Zásuvka ABB M1174 LN
Zásuvka L NPE 9pin vakuoměr15pin průtokoměr1 9
1 915