Tenké vrstvy v chladném plazmatu
31. 10. 2007
Stále vyšší počet prvků umístěných na jediném čipu vyžaduje nové technologické postupy i nové výchozí materiály. Se svými požadavky přicházejí i aplikace, jako například komunikační prostředky v mikrovlnné oblasti. Mladí vědci ve Fyzikálním ústav Akademie věd v Praze Ďáblicích se zabývají speciálním nízkoteplotním plazmatem – zatímco elektrony jejich plazmatu mají až 100 000 stupňů, neutrální plyn z plazmatu jen mírně převyšuje pokojovou teplotu. To umožňuje nanášet velmi tenké vrstvy s předem požadovaným složením nejen na podklady z kovu nebo křemíku, ale dokonce na podložky z plastu.
Zveme vás do Fyzikálního ústavu Akademie věd v Praze – Ďáblicích. Právě vstupujeme do jeho oddělení nízkoteplotního plazmatu. A toto jsou dnešní protagonisté. Martin Čada sleduje parametry aparatury, Jiří Olejníček u počítače vyhodnocuje průběh pokusu a Zdeněk Hubička, vedoucí oddělení, právě upravuje podmínky probíhající operace. O co tu vlastně jde?
Nejprve si musíme připomenout, co je to plazma. Je to čtvrté skupenství hmoty. Ionizovaný plyn. Směs iontů a elektronů i neutrálních atomů a molekul. Tvoří většinu pozorované hmoty ve vesmíru – především hvězdy. Jenže toto horké plazma má milióny stupňů. Kolem nás najdeme mnoho příkladů plazmatu nízkoteplotního. Vyskytuje se v zářivkách, výbojkách a neonech, vzniká v elektrických obloucích při svařování.
Speciální nízkoteplotní plazma velice zajímá i tento tým. Zatímco elektrony jejich plazmatu mají až 100 000 stupňů, neutrální plyn z plazmatu jen mírně převyšuje pokojovou teplotu. To umožňuje nanášet velmi tenké vrstvy s předem požadovaným složením nejen na podklady z kovu nebo křemíku, ale dokonce na podložky z plastu. Nanášení probíhá v komoře s velmi vysokým vakuem. Nanášená látka – směs barya, stroncia a titanátu – tvoří dutou kruhovou katodu. Ta se bombarduje vysokofrekvenčním plazmatem a proud hořícího argonu s kyslíkem ji unáší rychlostí dvou Machů, tedy dvojnásobnou než je rychlost zvuku – směrem k podložce.Výtrysky plazmatu teď vidíte na zpomaleném záběru.
Mgr. Zdeněk Hubička, Ph.D., vedoucí Oddělení nízkoteplotního plazmatu, Fyzikální ústav AV ČR: Systém je unikátní do jisté míry tím, že využívá vícetryskového systému, to znamená, že dutých katod je tam více a vytváří se tímto způsobem kompozitní nebo komplexní oxidová vrstva.
Obdobné postupy nanášení se používaly už dříve, ale buď se prováděly při podstatně vyšších teplotách, anebo za vyšší teploty muselo následovat ještě žíhání nanesené vrstvy.
Mgr. Zdeněk Hubička, Ph.D., vedoucí Oddělení nízkoteplotního plazmatu, Fyzikální ústav AV ČR: Naše myšlenka je použít tento systém s plazma-jetem a dutou katodou právě pro depozici těchto dielektrických vrstev.
Jaké praktické využití nová metoda týmu s Fyzikálního ústavu přinese?
Mgr. Zdeněk Hubička, Ph.D., vedoucí Oddělení nízkoteplotního plazmatu, Fyzikální ústav AV ČR: Je možné pomocí těchto materiálů vytvořit mikrovlnné laditelné struktury, což bude velmi výhodné pro mikrovlnné prvky nové generace. Je možné konstruovat například i mikrovlnné antény – laditelné, což bude výhodné pro komunikační systémy.
V celém světě se připravují nové navigační soustavy, rozšiřují se pozemní i satelitní spoje, roste počet kanálů televizního vysílání z družic – tam všude se přechází ke stále vyšším kmitočtovým pásmům. A pro tyto potřeby je nezbytné hromadně nasadit nové mikroelektronické součástky. Nová technologie nanášení tenkých vrstev spolu s nízkou teplotou plazmatu rozprašování a nanášení podstatně zefektivňuje a také zrychluje.
Mgr. Zdeněk Hubička, Ph.D., vedoucí Oddělení nízkoteplotního plazmatu, Fyzikální ústav AV ČR: Vyvíjí se to relativně slibně, ale je třeba ještě překonat určité obtíže.
O další postup a výsledky základního výzkumu, na němž spolupracují naši fyzikové s kolegy z Univerzity v Nebrasce, se už dnes zajímá americký elektronický průmysl.
Autor: Vladimír Kunz