Elaboration and Characterization of AlNOCu films synthesized by Magnetron Sputtering for antibacterial properties
Creators: name: Κουρουτζή, Μαρία Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Ανάπτυξη λεπτών υμενίων
Χαρακτηρισμός λεπτών υμενίων
Magnetron sputtering
Antibacterial
AlNOCu

description: Modification of surfaces, focused on inhibiting or reducing the ability of microorganisms to grow, is the area of research interest for this work. For this purpose, we prepared AlNOCu thin films by RF magnetron sputtering from Al/Cu targets. During the elaboration, parameters like the substrate, the bias, the residual pressure, the target and the duration time of elaboration varied. The films growth over Si or PET substrates, with bias 0V or -200V. The microstructure and the chemical composition of the films studied as a function of the deposition rate, the residual pressure, the substrate and the bias (V). The samples characterized by Transmission Electron Microscopy- Energy Dispersive Spectroscopy (TEM-EDSX), Electron Probe Micro-Analyser (EPMA), Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS), X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The chemical composition of the films identified, and it made a classification based in the ratio of Cu/Al. The five chemical groups were: (1) C1 group has a ratio of Cu/Al ̴ 70%. (2) C2 group with composition Cu/Al̴ 20%. (3)C3 group has Cu/Al ̴ 10 %. (4)C4 has a ratio of Cu/Al &lt; 10 %. (5) C* which concerns the target TS1, has a ratio of Cu/Al ̴ 20%. The morphology of the films gave us films either with amorphous AlN lattice or nanocrystalline AlN lattice. In both of them there is a presence of Cu, CuO and Cu2O nanoparticles. The particles &lt;10 nm is Cu, the particles ̴ 30 nm are Cu2O and the particles which are smaller than 20 nm and greater than 5 nm are CuO. One film is possible to contain two or even three different nanoparticles. The films elaborated with bias equal to -200V are more possible to appear an amorphous AlN lattice. Also films with a ratio of Cu/Al ̴ 10% are more possible to appear crystallised AlN lattice. Films deposited under the same conditions with different thickness provide a different state of surface.
description: Η απομάκρυνση των οργανικών ρύπων και η εξάλειψη των επιβλαβών τοξικών ουσιών από το περιβάλλον είναι ένα μείζον ζήτημα της δεκαετίας που διανύουμε και είναι αναγκαία η εύρεση λύσεων σε τέτοιου είδους προβλήματα. Το νιτρίδιο αλουμινίου (AlN) είναι μια ένωση που παρουσιάζει έναν ενδιαφέρον συνδυασμό ιδιοτήτων. Η ανακάλυψη του χαλκού (Cu) και των κραμάτων του ως φυσικών αντιμικροβιακών υλικών που έχουν εγγενείς ιδιότητες για την καταστροφή ενός ευρέος φάσματος μικροοργανισμών θεωρείται καινοτόμος σε αντιμικροβιακές επιφάνειες. Η τελική μορφή των υμενίων όπως προαναφέρθηκε εξαρτάται από τη χημεία και τη μορφολογία. Η μορφολογία των υμενίων εξαρτάται από την τάση. Χρησιμοποιήσαμε δύο διαφορετικές τιμές τάσης, 0 V ή -200V. Παρατηρήθηκε επίσης πως η κρυσταλλική μορφολογία των υμενίων όχι μόνο εξαρτάται από τις παραμέτρους διεργασίας (W και P), αλλά σχετίζεται επίσης με την περιεκτικότητα του οξυγόνου σε αυτά. Αναμενομένου ότι η φωτοκαταλυτική δράση ενός υλικού θα εξαρτηθεί από την δομή της επιφάνειας, καθώς τα διαφορετικά πάχη για την ίδια μορφολογία μπορούν να οδηγήσουν σε διαφορετική δομή, επιλέξαμε να αναπτύξουμε υμένια σε τρεις διαφορετικούς χρόνους (D, 2D, 4D). Ο ρυθμός εναπόθεσης εξαρτάται από τις πειραματικές παραμέτρους και τα γεγονότα φυσικής αλληλεπίδρασης. Ο βομβαρδισμός των ιόντων, εξαρτάται από τον τρόπο ανάπτυξης, την πυκνότητα του πλάσματος (απόδοση του στόχου), την ενέργεια που έχουν τα ιόντα που προσπίπτουν στον στόχο (τα οποία εξαρτώνται από την τάση και την ισχύ). Το πάχος των υμενίων μετρήθηκε με SEM . Ο ρυθμός εναπόθεσης για το GROUP Ι ήταν περίπου 2 nm / min για τα δείγματα με τάση = 0V και τάση= -200V. Ο ρυθμός εναπόθεσης για το GROUP ΙΙ βρέθηκε περίπου ίσος με 3,9 nm / min. Μετά από διάφορες χημικές αναλύσεις των δειγμάτων, με τις τεχνικές EDSX, RBS και EPMA, ταξινομήσαμε τα δείγματα σε διαφορετικές ομάδες σύμφωνα με την αναλογία Cu / Al. Τα δείγματα διαχωρίστηκαν σύμφωνα με τη χημική τους σύνθεση σε πέντε διαφορετικές ομάδες. Η πρώτη ομάδα C1 έχει λόγο Cu / Al = 70%. Η δεύτερη, ομάδα με σύνθεση C3 έχει Cu / Al= 20%. Η τρίτη ομάδα C3 έχει Cu / Al = 10%. Η ομάδα C4 έχει λόγο Cu / Al &lt;10%. Η ομάδα C * που αφορά τον στόχο TS1, έχει αναλογία Cu / Al = 20%.Με βάση τον μορφολογικό χαρακτηρισμό, σε ορισμένες περιπτώσεις η φάση ΑΙΝ εμφανίζεται άμορφη και σε κάποιες άλλες εμφανίζεται κρυσταλλική. Τα δείγματα που αναπτύχθηκαν με τάση ίση με -200V είναι όλα άμορφα. Αυτό οφείλεται στην έντονη ενέργεια με την οποία προσπίπταν τα ιόντα στην επιφάνεια του υποστρώματος. Μπορούμε επίσης να συμπεράνουμε ότι τα δείγματα με μικρότερα ποσοστά σε Cu / Al είναι πιο πιθανό να οδηγήσουν σε ένα κρυσταλλικό πλέγμα AlN. Θα πρέπει να τονιστεί ότι όταν οι δομές περιέχουν υψηλή (συγκρατητικά χαμηλή) περιεκτικότητα νανοσωματιδίων Cu, CuO ή Cu2O, το πλέγμα του δείγματος τείνει να είναι άμορφο.Τέλος, μπορούμε να αναφέρουμε ότι τα διαφορετικά είδη υποστρωμάτων (ΡΕΤ και Si) δεν μπορούν να επηρεάσουν τη μορφολογία των υμενίων. Τα δείγματα S5_3 και S5_6 τα οποία αναπτύχθηκαν σε διαφορετικά υποστρώματα αλλά με ακριβώς τις ίδιες συνθήκες, μας δίνουν παρόμοιες δομές υμενίων όσον αφορά την χημεία και την μορφολογία.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)