Ruimtelijk geresolveerd in situ bepaling van de targettoestand tijdens reactief sputter depositie

Groep: DRAFT
Contactpersonen/begeleiders: Roeland Schelfhout en Koen Strijckmans
Promotor:  Prof. Diederik Depla en Koen Strijckmans

Inlichtingen: tel. 09/264.43.42 of contacteer rechtstreeks een betrokken persoon (de contactgegevens opvragen door op de naam te klikken)

Trefwoorden: experimentele plasmafysica, sputterdepositie, simulaties

Reactief sputterdepositie

In de hedendaagse wereld zijn dunne deklagen of coatings technologisch onmisbaar geworden. De voornaamste reden hiervoor is het belang van het oppervlak bij de interactie tussen een materiaal en zijn omgeving. Er bestaan verschillende depositietechnieken voor het aanbrengen van zulke deklagen met elk hun voor- en nadelen. Magnetron sputterdepositie neemt hier onbetwist een prominente positie in. Deze techniek is gebaseerd op een magnetisch geassisteerde gasontlading. De gevormde ionen in het plasma bombarderen de kathode of target waardoor atomen uit de target worden losgeslagen. Deze ‘gesputterde’ atomen propageren vervolgens naar het substraat en condenseren tot een deklaag. Bij reactief sputteren worden ook niet-inert gassen zoals zuurstof of stikstof aan de gasontlading toegevoegd. Hierdoor kunnen ook oxiden en nitriden als deklaag met aangepaste stoichiometrie gevormd worden.

Schematische voorstelling van het magnetron sputterproces.
Schematische voorstelling van het magnetron sputterproces.
 

Probleemstelling

De reactieve gassen interageren echter niet enkel op het substraat, maar ook op het oppervlak van de target zelf. Dit geeft aanleiding tot drastische wijzigingen in zowel de depositiecondities als in de eigenschappen van de afgezette deklaag. Fundamenteel onderzoek zowel op industrieel als op academisch niveau is hierdoor van cruciaal belang.

Binnen de onderzoeksgroep DRAFT wordt zowel op experimenteel als modeleer vlak toonaangevend onderzoek verricht naar de complexiteit van het reactief sputterproces. Dit leidde tot de ontwikkeling van een RSD model dat het proces van reactief sputter depositie beschrijft. Resultaten van dit model zijn soms echter moeilijk experimenteel te verifiëren. Zo is de gemodelleerde dynamiek van target oxidatie nog niet experimenteel bevestigd.

Een mogelijke manier is om het stroomprofiel langsheen de target op te meten en zo de oxidatie graad te bepalen. Tijdens het oxideren veranderen namelijk de elektrische eigenschappen van de target wat een weerslag heeft op de gemeten stroom. Door deze stroom nu ruimtelijk geresolveerd te meten, wordt bijgevolg belangrijke informatie over de oxidatietoestand van de target verkregen. Dit stelt ons dan in staat het model verder te verfijnen en een beter begrip te krijgen over de fysica van deze depositietechniek.

Doelstelling

RSD simulatie van de target oxidatie
RSD simulatie van de target oxidatie

Deze thesis is tweeledig. Enerzijds vormt de experimentele bepaling van het stroomprofiel een belangrijke uitdaging. Hiervoor zal de student(e) eigenhandig een bestaande opstelling moeten aanpassen. Handigheid, creativiteit en een probleemoplossend denkvermogen zijn hierbij zeker een troef. Deze opstelling laat dan toe om in niet-reactieve mode, de correlatie tussen het erosieprofiel en het stroomprofiel na te gaan, waarna vervolgens op een indirecte manier in reactieve mode het oxidatie profiel kan worden bepaald.

Anderzijds kunnen de bekomen resultaten aan verschillende modellen worden getoetst. Hiervoor staat de RSD-software en een plasmacode ter beschikking dat indien nodig door de student kan aangepast of uitgebreid worden. Het fitten van de modellen aan de experimentele resultaten kan belangrijke informatie opleveren over experimenteel moeilijk te bepalen parameters. Op die manier kan het werkstuk een belangrijke bijdrage vormen tot een beter begrip en beschrijving van het reactief sputter proces.

We zoeken een enthousiaste student met zin voor experimenteel en computationeel onderzoekswerk. We geven jou, naast een plaats en een bureau, fijne collega's en een leuke omgeving om te werken rondom en met verschillende onderzoekers. Samen met je begeleiders en promotoren werk je toe naar een vernieuwend en volwaardig werkstuk.