Sch´ ema principu sloˇ zen´ı pouˇ zit´ eho substr´ atu

Substrát byl tedy opˇet sloˇzen z mikroskopovac´ıch skl´ıˇcek a diferenˇcn´ıch prouˇzk˚u o r˚uzných tlouˇst’kách (x = 0,8; 1,6; 6; 10 mm), které urˇcovaly velikost prostoru volného pro penetraci aktivn´ıch ˇcástic. Zmˇena byla ve výˇsce celého substrátu, která byla dorovnána pro vˇsechny výˇsky ˇstˇerbiny. Tedy výˇska celého substrátu byla 11 mm.

Kryc´ı ˇcást se ˇstˇerbinou byla posunuta do poloviny základn´ıho skl´ıˇcka. V nezakryté ˇcásti byl prostor na mˇeˇren´ı tlouˇst’ky v r˚uzných situac´ıch.

Sestaven´ı upraveného substrátu je znázornˇeno na obrázku 5.15, kde jsou také zakreslena m´ısta A a B. Tato m´ısta na substrátu jsou d˚uleˇzitá pro následné mˇeˇren´ı tlouˇst’ky, vyhodnocován´ı a srovnáván´ı výsledk˚u. M´ısto A pˇredstavuje oblast pro mˇeˇren´ı tlouˇst’ky, která nebyla nijak ovlivnˇena st´ınˇen´ım. M´ısto B oznaˇcuje zaˇcátek ˇstˇerbiny. Tedy m´ısto, kde je volný prostor jiˇz ovlivnˇen jednostranným st´ınˇen´ım od výˇsky bariéry a zároveˇn m´ısto, které je v druhém smˇeru celkovˇe st´ınˇeno uzavˇrenou ˇstˇerbinou.

Tlouˇst’ka vrstev byla mˇeˇrena pomoc´ı optick´eho profilometru. Mˇeˇren´ı tlouˇst’ky prob´ıhalo na

”schodu“ vzniklém mezi ˇcást´ı podloˇzn´ıho skla zakrytou distanˇcn´ımi prouˇzky a jeho nezakrytou ˇcást´ı. Nejprve byla mˇeˇrena tlouˇst’ka v bodˇe A, kde nebyl významný st´ın´ıc´ı vliv zvýˇsené ˇcásti substrátu, kterou lze tak povaˇzovat za nest´ınˇenou tlouˇst’ku deponované vrstvy. Dále byla mˇeˇrena tlouˇst’ka v oblasti mezi m´ısty A a B.

Ta byla vystavena pˇr´ım´emu p˚usoben´ı plazmatu, ale tak´e ovlivnˇena st´ınˇen´ım stˇenou

z diferenˇcn´ıch prouˇzk˚u a kryc´ıho skla, které tvoˇr´ı ˇstˇerbinu. Nejsledovanˇejˇs´ı pak byla ˇcást od m´ısta B, která byla zakryta ˇstˇerbinou.

5.2.4 Depozice polymern´ıch vrstev na modelov´ y substr´ at

Na sklenˇený modelový substrát, který byl popsán v kapitole 5.2.3., byly vytvoˇreny polymern´ı vrstvy metodou PECVD. Jako prekurzor byl pouˇzit acetylen.

Nejprve byly vzorky ˇciˇstˇeny v parách izopropylalkoholu a následnˇe vystaveny p˚usoben´ı argonového výboje po dobu 30 minut za podm´ınek uvedených v tabulce 5.3.

Tabulka 5.3: Parametry argonov´eho v´yboje

Plyn Ar₂

Pr˚utok pracovn´ıho plynu Ar₂ 10 sccm

Tlak 5 Pa

V´ykon 100 W

Doba ˇcist´ıho procesu 30 min

Následnˇe byla na substrátu vytvoˇrena polymern´ı vrstva za podm´ınek uvedených v tabulce 5.4 s pouˇzit´ım acetylenu jako prekurzoru.

Tabulka 5.4: Depoziˇcn´ı parametry depoziˇcn´ıho procesu s acetylenem

Plyn C₂H₂

Pr˚utok pracovn´ıho plynu C₂H₂ 10 sccm

Tlak 2,5; 10; 20 Pa

V´ykon 15 W

Doba depozice 60 min

V´ysledky tlouˇst’ky polymern´ıch vrstev v z´avislosti na velikosti ˇstˇerbiny

Na obrázku 5.16 je vidˇet jak vypadalo podloˇzn´ı skl´ıˇcko po rozebrán´ı substrátu, pˇripravené pro mˇeˇren´ı. Aby nedocházelo k neˇzádouc´ımu nab´ıjen´ı substrátu bˇehem mˇeˇren´ı, byl povrch napráˇsen tenkou vrstvou zlata.

Profily vrstev na substrátu, vytvoˇrených pˇri vˇsech pouˇzitých velikostech ˇstˇerbiny za tlaku 20 Pa, jsou znázornˇeny na obrázku 5.17. Na ˇcásti substrátu, která byla pˇr´ımo vystavena plazmovému p˚usoben´ı, je tlouˇst’ka vrstvy srovnatelná u vˇsech vzork˚u.

V oblasti mezi body A a B je pozorován výrazný pokles tlouˇst’ky a to cca 7 mm od bodu B. Tento jev je vysvˇetlen odst´ınˇen´ım urˇcité ˇcásti aktivn´ıch ˇcástic, které dopa-daj´ı na povrch substrátu bˇehem depozice. St´ınˇen´ı zp˚usobuje bariéra z diferenˇcn´ıch a kryc´ıch skl´ıˇcek simuluj´ıc´ıch ˇcásteˇcnˇe uzavˇrenou ˇstˇerbinu. Tato bariéra byla za-chována pro vˇsechny velikosti ˇstˇerbin stejná a to 11 mm. Od bodu B je patrná

Obrázek 5.16: Ukázka podloˇzn´ıho skl´ıˇcka modelového substrátu s deponovanou vrstvou po ro-zebrán´ı. Jednotlivá skl´ıˇcka jsou pro ˇstˇerbiny o výˇsce 0,8; 2; 6; 10 mm

výrazná závislost tlouˇst’ky vrstvy na velikosti ˇstˇerbiny. Zat´ımco je pro ˇstˇerbinu vy-sokou 0,8 mm tlouˇst’ka mˇeˇritelná pouze 3 mm od kraje ˇstˇerbiny, pro ˇstˇerbinu o výˇsce 10 mm je to do vzdálenosti témˇeˇr 10 mm. Body A a B na vˇsech grafech korespon-duj´ı s body A a B vyznaˇcenými na schématu substrátu, který byl pˇredstaven na obrázku 5.15. Hodnoty namˇeˇrené tlouˇst’ky byly vztaˇzeny k tlouˇst’ce vrstvy na hod-notu tlouˇst’ky v bodˇe A, která nebyla ovlivnˇena st´ınˇen´ım.

0 5 10 15 20 25 30 35

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

A B

vzd´alenost od kraje [mm]

pomˇern´atlouˇst

’ kavrstvy[-] A (0,8 mm)

B (1,6 mm) C (6 mm) D (10 mm)

Obrázek 5.17: Profily vrstev pro jednotlivé výˇsky ˇstˇerbiny. Vrstvy nanáˇsené pˇri tlaku 20 Pa.

Prekurzor acetylen.

Výsledky vlivu tlaku na penetraci aktivn´ıch ˇcástic do st´ınˇeného prostoru Bˇehem dalˇs´ıch mˇeˇren´ı byla pozornost zamˇeˇrena jiˇz na vliv konkrétn´ıch depoziˇcn´ıch podm´ınek na m´ıru penetrace aktivn´ıch ˇcástic do st´ınˇeného prostoru ˇstˇerbiny.

Pˇredevˇs´ım byl mˇeˇren vliv tlaku. V´ysledky tohoto mˇeˇren´ı jsou uvedeny na obr´azku

Obrázek 5.18: Závislost tlouˇst’ky na vzdálenosti od kraje ˇstˇerbiny pˇri r˚uzných tlac´ıch. Pro ˇstˇerbinu o výˇsce 10 mm.

Na základˇe mˇeˇren´ı bylo zjiˇstˇeno, ˇze pro menˇs´ı ˇstˇerbiny je tlouˇst’ka vrstev v závislosti na tlaku jiˇz na hranici mˇeˇritelnosti. Uvedené závislosti tlaku jsou tedy uvedeny pouze pro ˇstˇerbinu 10 mm vysokou. Závislost ukazuje, jak penetraci ak-tivn´ıch ˇcástic ovlivˇnuje tlak pracovn´ıho plynu v reaktoru bˇehem depozice. Vyˇsˇs´ı tlak má za následek kratˇs´ı stˇredn´ı volnou dráhu a tedy v´ıce sráˇzek aktivn´ıch ˇcástic.

T´ım docház´ı ke zvýˇsen´ı difuzn´ı schopnosti a k lepˇs´ı penetraci aktivn´ıch ˇcástic i do uzavˇreného prostoru.

5.2.5 Depozice vrstev TiO

₂

na modelov´ y substr´ at

Na stejném modelovém substrátu byly vytváˇreny vrstvy TiO₂ s pouˇzit´ım TTIP jako prekurzoru.

Oproti pˇredchoz´ımu uspoˇrádán´ı bylo nav´ıc pˇridáno pˇripojen´ı výparn´ıku z prekur-zorem a vyhˇr´ıván´ı veden´ı z prekurzoru do komory. D˚uleˇzitá zmˇena byla i v um´ıstˇen´ı pˇr´ıvodu prekurzoru v aparatuˇre tak, aby byla zajiˇstˇena co nejvyˇsˇs´ı moˇzná homoge-nita vrstev. Stejnˇe jako u polymern´ıch vrstev byly substráty nejdˇr´ıve ˇciˇstˇeny v ar-gonovém výboji, viz tabulku 5.3 a depoziˇcn´ı parametry jsou v tabulce 5.5.

Tabulka 5.5: Depoziˇcn´ı parametry vrstev TiO₂na modelov´y substr´at

Prekurzor TTIP

Pr˚utok pracovn´ıho plynu O₂ 20 sccm

Tlak 20 Pa

V´ykon 200 W

Doba depozice 120 min

Stejnˇe jako na vrstvách pˇripravených z acetylenu byla i na tˇechto vrstvách mˇeˇrena penetrace aktivn´ıch ˇcástic na stejném modelovém substrátu. Byla mˇeˇrena tlouˇst’ka vrstvy v závislosti na vzdálenosti od kraje substrátu a z´ıskaný profil vrstvy byl zanesen do grafu na obrázku 5.19. Profil vrstvy má také podobný charakter, jako profil z´ıskaný mˇeˇren´ım tlouˇst’ky vrstev polymern´ıch vrstev (obr. 5.17), pˇrestoˇze se jedná o vrstvy z r˚uzných prekurzor˚u.

0 5 10 15 20 25 30 35

Obrázek 5.19: Profily vrstev pro jednotlivé výˇsky ˇstˇerbiny. Vrstvy nanáˇsené pˇri tlaku 20 Pa.

Prekurzor titan izopropoxid

Stejnˇe jako u mˇeˇren´ı vzork˚u s polymern´ı vrstvou byl i na tˇechto vrstvách pozo-rován vliv st´ınˇen´ı a tedy pokles hodnoty tlouˇst’ky v oblasti m´ısta B. Oproti acetylenu nen´ı pozorována prakticky ˇzádná mˇeˇritelná vrstva pod kryc´ım skl´ıˇckem modelového substrátu. Za úˇcelem vysvˇetlen´ı tohoto jevu byly uskuteˇcnˇeny odhady pˇrenosu ener-gie – viz následuj´ıc´ı kapitolu a následnˇe provedeny modelové výpoˇcty

5.2.6 Zab´ıhavost a stˇ redn´ı voln´ a dr´ aha

Hloubka vniku vrstvy do uzavˇreného prostoru souvis´ı se vzájemným pomˇerem stˇredn´ı volné dráhy radikál˚u a výˇskou ˇstˇerbiny. Stˇredn´ı volná dráha λ je stˇredn´ı vzdálenost, kterou molekula uraz´ı mezi dvˇema sráˇzkami.

V pˇr´ıpadˇe, kdyˇz je stˇredn´ı volná dráha ˇcástic v plazmatu vˇetˇs´ı, neˇz charakteris-tický rozmˇer otvoru, je zab´ıhavost vrstvy dána pouze geometrickou drahou

”pˇr´ımé viditelnosti“. Kdyˇz je stˇredn´ı volná dráha kratˇs´ı, neˇz charakteristické rozmˇery,

”vm´aˇckne se“ dovnitˇr.

Obrázek 5.20: velikost stˇredn´ı volné dráhy ve srovnán´ı s výˇskou ˇstˇerbiny

V prvn´ım zjednoduˇsen´em pˇribl´ıˇzen´ı lze uvaˇzovat, ˇze pr˚umˇer vˇsech molekul je stejn´y.

Vztah pro stˇredn´ı volnou dr´ahu m´a tvar

λ = 1

√2πd^{2 N}_V [m] (5.1)

kdy d [m] je pr˚umˇer molekuly a N/V je hustota molekul [104].

Hustotu molekul N/V lze stanovit ze stavov´e rovnice ide´aln´ıho plynu kde

V = n.R.T

p (5.2)

C´ıselnou hustotu molekul urˇˇ c´ıme pomoc´ı Avogadrovy konstanty jako

V = n.NA

V (5.3)

Dosazen´ım do p˚uvodn´ıho vzorce tedy z´ısk´ame vztah pro stˇredn´ı volnou dr´ahu

λ = RT

√2πd²N_Ap (5.4)

Pro acetylen se udává pr˚umˇer molekuly 2,4 ˚A(0,24 nm) [105]. Pˇri tlaku 20 Pa je tedy moˇzno stˇredn´ı volnou dráhu pro acetylen vypoˇc´ıtat dosazen´ım do vzorce:

λ = RT

V dostupných tabulkách pro stˇredn´ı volné dráhy plyn˚u m˚uˇzeme naj´ıt hodnoty pro nejbˇeˇznˇejˇs´ı plyny. Napˇr. na stránkách spoleˇcnosti Pfeifer vacuum [106] jsou uvedeny hodnoty pro λp, které jsou v tabulce 5.6.

Pˇri dan´em tlaku se hodnota λp pˇr´ıliˇs neliˇs´ı, coˇz je d´ano t´ım, ˇze se pˇr´ıliˇs neliˇs´ı ani polomˇery jejich molekul.

Teorie sr´aˇzek

Zat´ımco acetylen je lehká molekula s molárn´ı hmotnost´ı 26,04 g mol⁻¹ TTIP je mo-lekula oproti nˇemu velmi tˇeˇzká, s molekulovou hmotnost´ı 284,22 g mol⁻¹. Pˇri roz-padu molekul acetylenu vznikaj´ı radikály pˇribliˇznˇe stejných hmotnost´ı, a tud´ıˇz se pˇri sráˇzce pˇredá velká ˇcást hybnosti. Pˇri rozbit´ı TTIP vznikaj´ı tˇeˇzké molekuly tvoˇreny atomy Ti a pak ˇrada menˇs´ıch vˇcetnˇe nosného plynu O₂. Tedy malá pˇrenosová ener-gie lehké molekuly na tˇeˇzkou a tud´ıˇz je celý difúzn´ı proces dán pouze pˇr´ıtomnými

Tabulka 5.6: Hodnoty λp pro vybran´e plyny pˇri teplotˇe 0^◦C

Plyn Chemick´y vzorec λp [mPa]

Dus´ık N₂ 5,9 × 10⁻³

Kysl´ık O₂ 6,5 × 10⁻³

Argon Ar 6,4 × 10⁻³

Vzduch 6,7 × 10⁻³

Vodn´ı p´ara H₂O 6,8 × 10⁻³

Oxid uhelnat´y CO 6,0 × 10⁻³

Oxid uhliˇcit´y CO₂ 4,0 × 10⁻³

Chlorovod´ık HCl 3,3 × 10⁻³

Amoniak NH₃ 3,2 × 10⁻³

tˇeˇzkými molekulami. Celá problematika penetrace tak závis´ı na difuzivitˇe tˇechto tˇeˇzkých molekul.

Do nádoby s pracovn´ım plynem je bˇehem depozice pˇrivádˇeno malé mnoˇzstv´ı prekurzoru. Prekurzor se zaˇcne velmi pomalu ˇs´ıˇrit do celého prostoru nádoby. Tento proces pomalého ˇs´ıˇren´ı se nazývá difúze. Difúze pˇri depoziˇcn´ım procesu je obecnˇe dána hlavnˇe sráˇzkami molekul prekurzoru s molekulami pracovn´ıho plynu.

Pˇri zjednoduˇsené pˇredstavˇe, ˇze jednotlivé molekuly jsou dokonale pruˇzné koule, které se mezi sebou sráˇz´ı, jak znázorˇnuje obrázek, plat´ı následuj´ıc´ı vztahy. Rychlost koul´ı o hmotnostech m₁ a m₂ je pˇred sráˇzkou oznaˇcena v_1,i a v_2,i a po sráˇzce v_1,f a v2,f. Z pˇredpokladu dokonalé pruˇznosti vyplývá, ˇze deformaˇcn´ı energie pˇri této sráˇzce se beze zbytku opˇet pˇremˇen´ı v kinetickou energii obou koul´ı.

Obrázek 5.21: Pruˇzné sráˇzky dvou tˇeles kdy jedno z nich (m2) je v klidu (a) rychlosti obou tˇeles pˇred sráˇzkou, (b) rychlost tˇeˇziˇstˇe soustavy v jistém okamˇziku prob´ıhaj´ıc´ı sráˇzky, (c) rychlosti obou tˇeles po sráˇzce [104].

Pˇri pruˇzné sráˇzce se obecnˇe mˇen´ı kinetická energie jednotlivých tˇeles, která se sráˇzky úˇcastn´ı. Celková kinetická energie soustavy pˇred a po sráˇzce je vˇsak stejná. Pˇri sráˇzce tˇeles v uzavˇrené izolované soustavˇe se hybnost kaˇzdého z nich m˚uˇze obecnˇe mˇenit. Celková hybnost soustavy je vˇsak v kaˇzdém okamˇziku prob´ıhaj´ıc´ı sráˇzky stejná, a to bez ohledu na charakter sráˇzky.

Ze zákon˚u zachován´ı hybnosti a kinetické energie dostaneme

V obou rovnic´ıch index (i) znamená poˇcáteˇcn´ı rychlosti a index (f ) výsledné rychlosti tˇeles.

Kinetická energie je dána vztahem β₁ = E1,i− E1,f reaguje a vytváˇr´ı vrstvu. Jej´ı smˇer by ovlivnila pouze sráˇzka se stejnˇe velkou ˇcástic´ı.

V pˇr´ıpadˇe pouˇzit´ı prekurzoru acetylenu docház´ı bˇehem depozice k rozpadu mo-lekul prerkurzoru na ˇcástice napˇr. C₂H₆, C₃H₈, CH₄, CH₃^•, H^•, H₂, H₂^•, C₂, C₂^•, C₆H₆, . . . Vˇetˇsina tˇechto ˇcástic má podobnou molárn´ı hmotnost, tedy docház´ı v´ıce ke sráˇzkám dvou podobnˇe tˇeˇzkých molekul. Je tedy v´ıce pˇr´ıleˇzitost´ı odrazit ˇcástice na kraji ˇstˇerbiny dovnitˇr a maj´ı moˇznost sráˇzet se i v uzavˇrené ˇstˇerbinˇe.

V pˇr´ıpadˇe pouˇzit´ı prekurzoru TTIP se vˇsak pomˇer mezi hmotnostmi jednot-livých molekul, které pˇri rozkladu TTIP v plazmatu vznikaj´ı, zásadnˇe mˇen´ı. Titan má molárn´ı hmotnost 47,867 g mol⁻¹, aktivn´ı ˇcástice, jejihˇz je souˇcást´ı, jeˇstˇe vˇetˇs´ı.

Sráˇzek se tak bude úˇcastnit pomˇernˇe velké mnoˇzstv´ı malých molekul, ty vˇsak neo-vlivn´ı ˇcástice s velkou molekulovou hmotnost´ı. Pˇri vyuˇzit´ı výˇse uvedených vztah˚u lze pro sráˇzky bˇehem depozice s prekurzorem TTIP spoˇc´ıtat:

Nosn´y plyn – kysl´ık m´a atomovou hmotnost 32 g mol⁻¹.

Prekurzor – titanium isoproxide má molárn´ı hmotnost 284,22 g mol⁻¹. Sráˇzka kysl´ıku a isopropoxidu

α₁ = v_1,f

v_1,i = 0,82 (5.9)

α₂ = v2,f

v_1,i = 0,18 (5.10)

Kinetick´a energie je tedy

β₁ = E_1,i− E_1,f

E_1,i = 0,33 (5.11)

U TTIP neznáme ani polomˇer molekuly ani hustotu N/V , tedy ho m˚uˇzeme pouze odhadovat. Parciáln´ı tlak kysl´ıku byl bˇehem experiment˚u témˇeˇr stejný jako acetylenu. Po pˇripuˇstˇen´ı TTIP do aparatury s kysl´ıkem nebylo pozorováno zvýˇsen´ı tlaku. Jeho parciáln´ı tlak tak musel být pod rozliˇsovac´ı úrovn´ı pˇr´ıstroje, tj. ménˇe neˇz 5 % = 1/20. Z výˇse uvedeného výpoˇctu vyplývá, ˇze pˇri sráˇzce lehké molekuly kysl´ıku s molekulou TTIP docház´ı pouze k velmi malému ovlivnˇen´ı dráhy molekul TTIP. Z hlediska stˇredn´ı volné dráhy TTIP je tedy nutné brát v úvahu transfer energie pouze v d˚usledku sráˇzek molekul TTIP a uvaˇzovat jako by tato molekula byla v systému sama. Stˇredn´ı volná dráha TTIP byla tedy v prvn´ım odhadu dvacetkrát delˇs´ı neˇz u kysl´ıku. To znamená alespoˇn o ˇrád vyˇsˇs´ı, tud´ıˇz je stˇredn´ı volná dráha vˇetˇs´ı neˇz pouˇzitá ˇstˇerbina a tedy nedocház´ı k zab´ıhavosti vrstvy.

S t´ımto koresponduj´ı experimentáln´ı výsledky na modelovém substrátu. Kdyˇz se porovnaj´ı profily vrstev tvoˇrených ve ˇstˇerbinˇe 10 mm vysoké pro acetylen a TTIP je mezi nimi vidˇet jasný rozd´ıl (obr. 5.22 a 5.23).

Obrázek 5.23: Profil vrstvy TiO₂ od kraje substrátu pro ˇstˇerbinu o výˇsce 10 mm

U vrstev s acetylenem docház´ı k pozvolnému klesán´ı tlouˇst’ky vrstev v uzavˇrené ˇstˇerbinˇe a je zˇrejmé, ˇze polymern´ı vrstva byla pozorována ve vzdálenosti v´ıce neˇz 10 mm od kraje ˇstˇerbiny. Coˇz je vzdálenost vˇetˇs´ı neˇz výˇska ˇstˇerbiny. V pˇr´ıpadˇe vrstvy TiO₂ je tlouˇst’ka vrstvy namˇeˇrena pouze 5 mm od kraje. A pokles profilu vrstvy je velmi strmý. Velké molekuly, které se spolu sráˇz´ı, tedy dopadaj´ı pˇr´ımo na substrát, aniˇz by byly výraznˇe ovlivnˇeny sráˇzkami s jinými aktivn´ımi ˇcásticemi.

Tedy penetrace aktivn´ıch ˇcástic bˇehem depozice za pouˇzit´ı TTIP jako prekurzoru je výraznˇe menˇs´ı, neˇz bˇehem plazmové polymerizace acetylenu. T´ımto porovnán´ım je tedy prokázán vliv velikosti molekul pracovn´ıho plynu na penetraci aktivn´ıch ˇcástic.

5.2.7 Matematick´ y model proveden´ ych experiment˚ u

Pro potvrzen´ı výˇse uvedených úvah byl ve spolupráci s Jihoˇceskou univerzitou v ˇCeských Budˇejovic´ıch doc. RNDr. Petrem Bartoˇsem, Ph.D. vytvoˇren matematický model. Ten simuloval vliv velikosti ˇstˇerbiny na mnoˇzstv´ı ˇcástic, které jsou schopny do n´ı proniknout (difundovat). Jako prekurzor byl u matematického modelu pouˇzit acetylen a vycházel z parametr˚u mˇeˇren´ı, prezentovaném v kapitole 5.2.4.

Poˇc´ıtaˇcový model byl zaloˇzen na ˇreˇsen´ı difúzn´ı rovnice ve tˇrech dimenz´ıch a ˇcase. K ˇreˇsen´ı modelu byl vyuˇzit komerˇcn´ı produkt COMSOL Multiphysics, který je speciálnˇe vyv´ıjen pro ˇreˇsen´ı soustav diferenciáln´ıch rovnic v oblasti fyzikálnˇ e-technické praxe. V programu jsou kompletnˇe implementovány veˇskeré nástroje potˇrebné v pr˚ubˇehu simulace – od CAD systému pro vytváˇren´ı geometrie systému (Obr. 5.24), pˇres generátor výpoˇcetn´ı s´ıtˇe, ˇreˇsiˇc algebraických rovnic aˇz po vizuali-zaci. Z´ıskaná data byla dále zpracovávána v MATLABu.

Poˇc´ıtaˇcová simulace na modelovém substrátu

Jako vstupn´ı parametr byl do modelu zanesen tvar modelového substrátu, parame-try pouˇzité reakˇcn´ı komory a depoziˇcn´ı podm´ınky procesu plazmové polymerizace acetylenu, které byly pouˇzity a popsány v této disertaˇcn´ı práci. Typická závislost tlouˇst’ky vrstvy na vzdálenosti od hrany substrátu a tlaku plynu je pak znázornˇena na obrázku 5.25. M´ısta A a B na grafech koresponduj´ı se stejnˇe oznaˇcenými m´ısty na obrázku 5.15, který znázorˇnuje modelový substrát a obrázku 5.17 s experimentálnˇe namˇeˇrenými hodnotami.

Obr´azek 5.24: Geometrie modelu s troj´uheln´ıkovou pracovn´ı oblast´ı.

Podstava objektu odpov´ıd´a povrchu substr´atu, kde je mˇeˇrena tlouˇst’ka vrstvy.

Obrázek 5.25: Výstup poˇc´ıtaˇcové si-mulace: závisost profilu typické vrstvy na tlaku p. Tlouˇst’ka vrstvy je normali-zována k tlouˇst’ce v referenˇcn´ım bodu.

V´yˇska mezery je 10 mm.

Na základˇe porovnán´ı experimentáln´ıch dat a hodnot z´ıskaných ˇreˇsen´ım tohoto teoretického modelu bylo moˇzno konstatovat, ˇze model poskytuje výsledky, které umoˇzˇnuj´ı jeho následné rozˇs´ıˇren´ı na ˇreˇsen´ı komplikovanˇejˇs´ıch úloh. Bliˇzˇs´ı charakte-ristiku experimentu, popis modelu a z´ıskané výsledky je moˇzno nalézt v publikaci [107].

Poˇc´ıtaˇcov´a simulace na tkaninˇe

V druhé fázi byl model modifikován a následnˇe vyuˇzit ke studiu depozice titano-xidových vrstev na textiln´ı materiál. Existuje nˇekolik popis˚u uspoˇrádán´ı vláken v tkaninách v pouˇz´ıvaném modelu je pouˇzita m´ırnˇe upravená Peircova aproximace textiln´ıch vláken [108].

Profil tlouˇst’ky vrstvy vypoˇctené pro stranu smˇeˇrovanou ke zdroji plazmatu (A) a od zdroje plazmatu (B) je znázornˇen na obrázku 5.26. Vypoˇctené hodnoty tlouˇst’ky byly normalizovány s jej´ı maximáln´ı hodnotou.

Výsledek poˇc´ıtaˇcové simulace ukazuje, ˇze vrstva je deponována nejen na stranˇe, která je pˇr´ımo vystavena p˚usoben´ı plazmatu, ale ˇze vzniká i na stranˇe opaˇcné (viz obrázek 5.26 a 5.27, kde jsou zobrazeny normalizované tlouˇst’ky vrstvy na stranˇe vystavené p˚usob´ıc´ımu plazmatu (A) a stranˇe opaˇcné (B)). ˇCástice z plazmatu jsou tedy schopny pronikat i pˇres tkaninu (resp. pˇres mezery mezi jednotlivými vlákny).

Obrázek 5.26: Výsledky poˇc´ıtaˇcové si-mulace. A znázorˇnuje tkaninu pˇr´ımo vy-stavenou plazmovému p˚usoben´ı, B je jej´ı druhá strana

Obrázek 5.27: Poˇc´ıtaˇcová simulace vazného bodu s deponovanou vrstvou

Pˇri respektován´ı vypov´ıdac´ı hodnoty (resp. pˇresnosti) modelu je z výsledk˚u také moˇzno odhadnout, ˇze tlouˇst’ka vrstvy na stranˇe orientované od zdroje plazmatu je o cca 60 % tenˇc´ı neˇz na stranˇe, která byla s plazmatem v pˇr´ımém kontaktu. Dá se pˇredpokládat, ˇze z´ıskaný výsledek znaˇcnˇe závis´ı na struktuˇre tkaniny a na stˇredn´ı volné dráze aktivn´ıch ˇcástic v plazmatu (resp. tlaku pracovn´ıho plynu).

Na obrázku 5.27 je zobrazen ˇrez vrstvou rovinou kolmou na tkaninu pˇres vazný bod. Podle oˇcekáván´ı tlouˇst’ka vrstvy závis´ı na um´ıstˇen´ı pˇr´ıze v tkaninˇe. Vrstva se netvoˇr´ı pod vazným bodem a je témˇeˇr nepostˇrehnutelná v m´ıstech, kde jedna pˇr´ıze kˇr´ıˇz´ı druhou, tj. v m´ıstech, kde se uplatˇnuje st´ın´ıc´ı efekt.

Bliˇzˇs´ı informace o rozˇs´ıˇreném modelu a o z´ıskaných výsledc´ıch je moˇzno nalézt v naˇs´ı práci [109].

5.3 Depozice vrstev na bavlnˇ enou tkaninu

Jeden z hlavn´ıch c´ıl˚u mé disertaˇcn´ı práce je nanesen´ı vrstvy pomoc´ı plazmových technologi´ı na textilii. Této problematice se vˇenuj´ı následuj´ıc´ı kapitoly.

Tato fáze mé práce volnˇe navazuje na pˇredchoz´ı studie v oblasti modifikace, které prob´ıhaly na Katedˇre materiálu. Vatuˇna ve své disertaˇcn´ı práci [101] prokázal modifikaci ve vˇsech ˇsesti vrstvách PES tkanin, tedy i schopnost penetrace aktivn´ıch

In document VLIV DIF ´UZE NA PECVD FUNKˇCN´ICH VRSTEV (Page 72-0)