Deposizione di film superconduttori per sputtering - INFN-LNL

Deposizione di film superconduttori per sputtering
1. Sputtering
•
Cos’è lo sputtering
Lo sputtering è una tecnica utilizzata per depositare strati sottili di materiale su una superficie. Lo
sputtering viene realizzato sotto vuoto , a pressioni inferiori ad 1 mBar.
Nello sputtering un plasma (un gas ionizzato cioè i cui vi sono atomi che hanno perso uno o più
elettroni e sono quindi caricati positivamente) erode un pezzo del materiale che vogliamo depositare
e viene detto target.
Il target è posto a potenziale negativo (300-800 V) e per questo motivo attrae gli atomi caricati
positivamente del plasma che si scontrano sul materiale cedendo la loro energia agli atomi del target
spruzzando (sputterando) fuori da esso degli atomi del materiale che per inerzia si andranno a
scontrare sulla la superficie formando uno strato micro sottile di circa 1 micron al minuto.
Tutto questo si fa preferibilmente sottovuoto con all’interno al massimo dell’argon ,un gas nobile, al
suo interno.
Abbiamo visto in precedenza che il plasma è fondamentale per lo sputtering e in base alla sua
quantità si riesce a sputterare più o meno velocemente , per questo è stata inventata una tecnica per
velocizzare il processo con l’utilizzo di una struttura magnetica detto magnetron.
•
Come si ottiene
Per fare sputtering c’è bisogno di:
Una camera da vuoto preferibile una camera che sopporti una pressione di 10^-6 mBar, perché
l’aria disturba lo sputtering.
Di un magnetron il più vicino possibile al target.
Un generatore di corrente continua che eroghi da 100 W a 1KW.
Due pompe,una rotativa e una turbina.
Eventuali fornetti riscaldanti che arrivino ad una temperatura al massimo della metà della
temperatura di fusione.
•
A cosa serve
Lo sputtering viene utilizzato per creare dei film sottili, dello spessore di alcune decine di micron,
perché aderisce molto bene alla superficie, dal momento in cui le particelle del materiale sputterato
penetrano in profondità. Per esempio questa tecnica viene adoperata per fare : CD, materiali
superconduttori, e anche per rendere dei materiali più duri sputterando per esempio del titanio.
2. Chimica
Laboratorio Chimica SC
Operazioni di preparazione dei campionì:
1. Sgrassatura UltraSuoni con tensioattivo basico ALCONOX a 60°C 2.
2. Risciacquo con acqua deionizzata in UltraSuoni
3. Decapaggio (disossidazione) con soluzione Ac. Nitrico e Ac. Fluoridrico in peso per 2 minuti
4. Risciacquo in acqua deionizzata UltraSuoni
5. Trattamento preliminare di passivazione anodica per immersione lenta sotto potenziale
(posizionando il pezzo all' anodo + ) in soluzione di Ac. Cloridrico fino alla riduzione drastica della
corrente di processo che deve quasi annullarsi
dopo una decina di secondi di processo . 6. Risciacquo con acqua deionizzata
7. asciugatura dei pezzi con Etanolo e azoto gas
Colorazione della superficie per anodizzazione:
-Descrizione processo:
~ Il pezzo da trattare viene posizionato alI' ano do ( + )
~ immersione in una soluzione elettrolitica
~ Applicazione di un potenziale stabilito, raggiunto con una rampa di crescita (impostata nel
programma di elpol) di 1 V /sec.
~ stazionamento per 10minuti al potenziale raggiunto.
~ Osservazione della colorazione ottenuta ad ogni potenziale in tabella per ogni soluzione utilizzata.
™ TABELLA RIASSUNTIVA DELLE PROVE DI COLORAZIONE DEL TITANIO
- Soluzioni:
1. Ac. Ossalico 50g/lt + Citrato di ammonio 50g/lt
2. Ac. Fosforico 5% in peso
1
Voltaggio
applicato (V)
0
2
2.5
3
5
4
7.5
5
10
6
12.5
N°
Risultati Soluzione
N°1
Risultati Soluzione
N°2
7
15
8
17.5
9
20
10
22.5
11
25
12
27.5
13
30
14
32.5
15
35
16
37.5
17
40
18
42.5
19
45
20
47.5
21
50
22
52.5
23
55
24
57.5
25
60
26
70
27
80
28
90
29
100
30
110