Programování logického modulu LOGO! proběhlo v softwaru LOGO!Soft Comfort V8.2. Tento software umožňuje vytvářet program v diagramu funkčních bloků nebo v příčkovém diagramu. Pro vytvoření řízení povlakovacího zařízení byl zvolen jazyk funkčních bloků.
Program lze rozdělit do několika částí:
• Spuštění vakuové pumpy a ovládání rychlosti čerpání
Spouštění pumpy je realizováno pomocí dvou kontaktů frekvenčního měniče, které se musí pro běh motoru držet spojené. K tomuto účelu je využitý reléový kontakt Q1 základního modulu LOGO!, který je spínaný přepínačem na panelu HMI.
Regulace rychlosti čerpání je zajištěna pomocí multiplexoru s přednastavený-mi hodnotapřednastavený-mi. Tyto hodnoty se na analogovém výstupu AQ2 přepočítávají na požadovanou frekvenci. Nastavená frekvence je přenášena během celé doby
běhu programu. Frekvenci lze měnit pomocí kombinace dvou přepínačů (”Spe-ed1” a ”Speed2”) na panelu HMI. Kombinace dvou bitů umožňuje vybrat čtyři hodnoty přednastavených hodnot v multiplexoru, viz obrázek 3.14.
Nejnižší hodnota nastavená v multiplexoru je 750, což odpovídá 37,5 Hz. Ta-to nejnižší hodnota, která je vhodná k nastavení vzhledem k principu olejové vakuové pumpy. Nižší frekvence by zapříčinila nižší otáčky motoru, které by nestačily na dostatečné ucpání pumpy olejem. Pumpa by tedy nečerpala. Dal-ším důvodem, proč nelze snížit otáčky pod toto minimum je použití ventilátoru na hřídeli motoru, který by při nižších otáčkách nezvládl chladit motor.
Obrázek 3.14: Část programu pro spuštění vakuové pumpy a její regulaci
• Nastavení času naprašování a spuštění naprašování
Nastavování času naprašování je řešeno pomocí změny proměnné ”cas” v pro-gramu HMI. Pomocí dvou tlačítek lze zvyšovat nebo snižovat hodnotu této proměnné vždy o 1.
Výsledná hodnota je následně zpracována v programu LOGO!, kde se pomocí zesilovačů násobí tak, aby jedna změna měla hodnotu 60. Výsledná hodnota je přenesena do relé se zpožděným odpadem. Zde se příchozí hodnota počítá v sekundách. Měnit čas povlakování se tedy dá vždy o jednu minutu.
Spuštění povlakování lze tlačítkem ”Nanes!” na displeji HMI viz obrázek 3.19.
Stisk tlačítka spustí proces povlakování, přívod elektrod je zapojen přes reléový výstup Q3. Po doběhnutí času se výstup vypne a deponování vrstvy se ukončí.
Doběhnutí času deponování nemá žádný vliv na funkci vývěvy.
Tato část programu je zobrazena na obrázku 3.15.
• Zobrazení času na displeji
Nejjednodušší částí programu je zobrazování zbývajícího času na displeji LO-GO! Zobrazení zbývajícího času je realizováno pomocí bloku relé se zpožděným odpadem. Zbývající čas do odtahu je zobrazen na displeji ve tvaru z obrázku 3.16b, což je výstupem bloku ”B001 Zobrazovadlo”. Aby bylo na displej dobře vidět, je při běžícím programu nastaveno podsvícení displeje trvale na bílou, což je zaručeno pomocí bloku ”FLAG” nastaveného na hodnotu M25. Aby
Obrázek 3.15: Část programu pro ovládání času deponování vrstvy
(a) Část programu pro zobrazování na
dis-pleji LOGO! na bílém poli (b) Zobrazení na displeji LOGO!
Obrázek 3.16: Displej LOGO!
příkaz fungoval, je nutné k nastavenému bloku přivést signál log. 1 (high).
Celé toto zapojení je na obrázku 3.16a.
• Čtení a zobrazení tlaku
Tato část programu je částí nejsložitější, viz obrázek3.17. Na vstup základního modulu LOGO! je připojen analogový výstup vakuoměru s napětím 0–10 V.
V prostředí LOGO!Soft Comfort je vstupující signál vnímán jako číslo od 0 do 1000 (0–10 V) a jako s číslem se signálem nadále pracuje.
Výstup vakuoměru je nadefinovaný jako logaritmická charakteristika, viz ob-rázek 3.18. Číslo, se kterým se v programovacím prostředí pracuje, tedy na prvním místě udává dekádu a zbytek čísel obsahuje umístění na křivce v dané dekádě.
Vzhledem k tomu, že LOGO! neumí logaritmické charakteristiky zpracová-vat, bylo nutné přikročit k aproximaci křivky přibližně na přímku. Toho bylo docíleno matematickými operacemi.
33
Obrázek 3.17: Část programu pro odečítání tlaku z vakuové komory
Postup aproximace začíná tím, že z čísla se odečítá první číslice udávající de-kádu, tedy dělení stem. Výsledek je upraven kvůli zaokrouhlování a následně znovu stem násoben, aby bylo dosaženo osamocení jednotek a desítek z pů-vodního trojmístného čísla. Po tomto kroku lze zbylé dvoumístné číslo násobit konstantou tak, aby zobrazovaná hodnota na displeji PLC odpovídala hodnotě tlaku.
Tato aproximace není bohužel úplně přesná, ovšem je vylazena tak, aby se hodnota na displeji HMI shodovala s hodnotou z vakuoměru kolem hodnot atmosférického tlaku a tlaku, při kterém se deponují vrstvy.
Obrázek 3.18: Výstupní charakteristika vakuoměru
Obrázek 3.19: Zobrazení programu na displeji HMI
4 Experimentální část
V této kapitole se bude práce věnovat výsledkům. V povlakovacím zařízení bylo za různých podmínek deponováno šest vrstev. Tyto vrstvy byly podrobeny testům ke zjištění tloušťky, drsnosti, složení a vodivosti.
4.1 Měření tloušťky
K měření tloušťky deponovaných vrstev jsme využili zakrývací metody s vyhodno-cením pomocí mikroskopu atomových sil (AFM). Softwarem sestavená mapa je na obrázku4.1. Pokud si tuto mapu představíme jako plochu ve třech dimenzích (např.
obrázek2.8), můžeme ji v kterékoli svislé rovině rozříznout, výsledkem bude křivka, ze které lze odečíst výška nanesené vrstvy viz. obrázek 4.2.
Tento odečet byl pro každé měření prováděn pětkrát v oblastech vzorku (100×100 nm), kde prochází přechod mezi nanesenou vrstvou a čistým sklem. Vý-sledné hodnoty tloušťky vrstev jsou průměrem těchto pěti měření.
Obrázek 4.1: Výstupní zobrazení vzorku číslo 3
Z tabulky 4.1 vyplývá závislost rychlosti růstu vrstvy na čase deponování. Dal-šími faktory ovlivňujícími rychlost růstu vrstvy jsou urychlovací napětí, vzdálenost substrátu od targetu a tlak v komoře. Tlak není v tabulce uveden, protože byl při všech procesech deponování stejný, tedy 150 Pa.
Také můžeme porovnat rychlost růstu zlata oproti mědi. Vzorky 1 a 3 jsou na-nášeny za stejných podmínek a tloušťka vrstvy se liší o 0,95 nm.
Číslo vzorku
Materiál povlaku
Urychlovací napětí [kV]
Vzdálenost od targetu [mm]
Doba de-ponování [min]
Tloušťka vrstvy [nm]
1 zlato 1,2 20 5 12,95
2 zlato 1 20 3 5,6
3 měď 1,2 20 5 5,5
4 měď 1 7 5 8,81
5 měď 1 20 8 21,8
6 měď 1 7 10 60
Tabulka 4.1: Přehled naměřené tloušťky vrstev jednotlivých vzorků
Obrázek 4.2: Řez plochy pro odečtení tloušťky deponované vrstvy