Βελτιστοποίηση των διαδικασιών ανάπτυξης και ιδιοτήτων λεπτών υμένων ΒΝ
Creators: name: Παναγιωτάτος, Γεράσιμος
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2003
Subjects: Δομικές ιδιότητες
Structural properties

description: Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκαν(με την τεχνική magnetron sputtering) και μελετήθηκαν υμένια Νιτριδίου του Βορίου(ΒΝ). Η κύρια τεχνική χαρακτηρισμού και μελέτης ήταν η φασματοσκοπική ελλειψομετρία(SE), από το υπέρυθρο(IR) μέχρι το μακρινό υπεριώδες(VUV). Συμπληρωματικές τεχνικές χαρακτηρισμού χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη των εσωτερικών τάσεων, της πυκνότητας και επιφανειακής μορφολογίας, των διμικών χαρακτηριστικών, και των μηχανικών και ελαστικών ιδιοτήτων των υμενίων ΒΝ. Τα κύρια αποτελέσματα της διατριβής μπορούν να συνοψιστούν ως ακολούθως. Πρώτον, με βάση τις διηλεκτρικές συναρτήσεις των κρυσταλλικών φάσεων του εξαγωνικού(h-BN) και κυβικού(c-BN) BN, κατασκευάσαμε τις διηλεκτρικές συναρτήσεις αναφοράς των άμορφων αντιστοίχων sp2 και sp3 -δεσμευμένου ΒΝ, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια ως εργαλεία για τη μελέτη των αναπτυσσόμενων υμενίων, επίσης με την εισαγωγή του μοντέλου Tauc-Lorentz στην ανάλυση των πειραματικών φασμάτων μελετήθηκε η διηλεκτρική συνάρτηση και οι οπτικές ιδιότητες των υμενίων. Με real-time SE μετρήσεις προσδιορίστηκαν οι βέλτιστες συνθήκες εναπόθεσης με τις οποίες ευνοείται ο σχηματισμός sp3 δεσμών στα υμένια ΒΝ. Αποδείχθηκε ότι μεγάλες πιέσεις αερίου Ar κατά την ανάπτυξη σε συνδυασμό με μικρές ισχύς στόχου σε θερμοκρασία δωματίου, οδηγούν στην ανάπτυξη άμορφων υμενίων ΒΝ με ιδιότητες παραπλήσιες της κρυσταλλικής κυβικής φάσης και με αξιοσημείωτη σταθερότητα. Βρέθηκε ότι υπάρχει ένα παράθυρο τιμών τάσεων πόλωσης(-20V-100V) ακολουθούν ένα διαφορετικό μηχανισμό ανάπτυξης πολύ χαμηλού ρυθμού ανάπτυξης γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της συγκέντρωσης των προσμίξεων στο υμένιο η οποία εμποδίζει το μετασχηματισμό των sp2- δεσμών ΒΝ σε sp3- δεσμούς ΒΝ. Παράλληλα βρέθηκαν οι κατάλληλες συνθήκες για την ενίσχυση της κυβικής φάσης ΒΝ σε υμένια που αναπτύσσονται με υψηλές θερμοκρασίες υποστρώματος, με σκοπό να διερευνήσουμε πλήρως τους μηχανισμούς ανάπτυξης των υμενίων ΒΝ. Βρέθηκε ότι οι εσωτερικές τάσεις παίζουν κυρίαρχο ρόλο στο σχηματισμό sp3-δεσμευμένου ΒΝ στην ανάπτυξη σε θερμοκρασία δωματίου, ενώ στις υψηλές θερμοκρασίες ο ρόλος των εσωτερικών τάσεων περιορίζεται στην ευθυγράμμιση της τουρμποστατικής δομής του ΒΝ που εμφανίζεται στις θερμοκρασίες αυτές. Η δημιουργία του c-BN γίνεται από την κρυστάλλωση των περιοχών γύρω από τα thermal spikes, που δημιουργούνται κατά την ανάπτυξη από την απελευθέρωση της ενέργειας των ιόντων Ar+, που εισχωρούν στο εσωτερικό του υμενίου. Τέλος αποδείχθηκε ότι η ανάπτυξη των άμορφων υμενίων ΒΝ, που αναπτύχθηκαν σε θερμοκρασία δωματίου, αποτελούν άριστη επιλογή ως προστατευτική επικάλυψη σε οπτικούς φακούς, σε σχέση με τα μέχρι τώρα χρησιμοποιούμενα για το σκοπό αυτό, υμένια δομής αδάμαντα(a-C και CN)
description: In this work, Boron Nitride(BN) thin films were grown by the magnetron sputtering technique. The films were primarily by the Spectroscopic Ellipsometry technique(SE) from the infrared(IR) to Vacuum Ultra Violet(VUV) spectral region. Supportive characterization techniques were used to determine the internal stresses, density and surface morphology, as well as the structural characteristics, and the mechanical and elastic properties of the BN films. The main conclusion of the dissertation can be summarized as follows : firstly, the reference functions of the amorphous sp2- and sp3- bonded BN phases were determined on the basis of the crystalline hexagonal(h-BN) and cubic(c-BN) phases, respectively. These functions were then used to study the developing films, while the Tauc-Lorentz model was used for the analysis of the experimental spectra, from which the dielectric function and optical properties of the BN films arose. The best deposition conditions, which promote the sp3 bonds formation in the BN films, were determined by real-time SE measurements. It was shown, that high Ar pressures in combination with low target power during deposition in room temperature result to the development of considerably stable amorphous BN films with properties similar to those of the crystalline cubic phase. It was found that the bias voltage values exhibit a window(-20V