Characterization of a supersonic plasma source for nanostructured
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Characterization of a supersonic plasma source for nanostructured
Characterization of a supersonic plasma source for nanostructured thin films deposition S. Caldirola Dipartimento di Fisica G. Occhialini, Università degli Studi di Milano-Bicocca, piazza della Scienza 3, I-20126 Milano, Italy ! Progetto di Tesi di dottorato La crescita di film sottili nanostrutturati rappresenta un campo di ricerca fondamentale per lo sviluppo di importanti applicazioni dal grande impatto scientifico. Le proprietà di numerosi materiali possono essere migliorate significativamente ottimizzando il processo di deposizione a livello nanometrico: modellando le nanoparticelle che formano un film è possibile ottenere risultati notevoli, nonostante questo richieda un processo di deposizione particolare, capace di intervenire sulle proprietà strutturali dei film con un livello di controllo elevato e un set-up sperimentale complesso. Le tecniche di deposizione a plasma sono state molto usate e applicate per un numero crescente di applicazioni che hanno portato a importanti risultati e applicazioni industriali, soprattutto nel campo delle nanoparticelle. La deposizione a plasma tramite getto supersonico (PA-SJD) offre un nuovo e moderno approccio per la deposizione di film sottili, unendo un plasma reattivo e un getto supersonico. Un plasma di argon e ossigeno, generato ad accoppiamento induttivo, offre un ambiente chimicamente reattivo dove un precursore metallorganico (Isopropossido di titanio per deposizioni di TiO2) viene dissociato e ossidato. Nella PA-SJD successivamente il gas si espande da una prima camera in una camera a pressione più bassa, formando così un getto supersonico che accelera le nanoparticelle facendole impattare su un substrato. Questa tecnica di deposizione è stata utilizzata con successo per la deposizione di film sottili con specifiche nanostrutture a rate di deposizione elevati. Per migliorare e poter sviluppare questo processo di deposizione è stato necessario uno studio della chimica e della fisica del plasma e del getto supersonico. In questo progetto di dottorato è stata condotta una caratterizzazione del getto di plasma supersonico mediante differenti diagnostiche. La scarica a plasma nel primo reattore è stata studiata tramite spettroscopia ottica di emissione, sonde di langmuir e misurando tensione e corrente ai capi dell’antenna usata per l’accoppiamento induttivo. Il getto supersonico di plasma è stato caratterizzato mediante uno spettrometro di massa a quadrupolo, con il quale il gas in espansione è stato studiato a diverse posizioni lungo l’asse di simmetria del getto. L’analisi dei flussi di particelle neutre, radicali, ioni e della loro energia ha portato a una comprensione avanzata delle proprietà del getto, permettendo di comprendere il loro effetto sulla deposizione di film sottili. Inoltre, basandosi sulle osservazioni sperimentali, un codice MATLAB è stato sviluppato per riprodurre le funzioni di distribuzione dell’energia degli ioni attraverso simulazioni. Durante questo progetto sono state realizzate anche diverse deposizioni di film sottili di biossido di titanio per caratterizzare i film sottili mediante diagnostiche quali FTIR, ellissometria, profilometria, AFM e SEM imaging.