Ứng dỤng cỦa plasma nhiỆt ĐỘ thẤp
DESCRIPTION
Trường ĐH Khoa Học Tự Nhiên Khoa Vật Lý Bộ Môn Vật Lý Ứng Dụng. ỨNG DỤNG CỦA PLASMA NHIỆT ĐỘ THẤP. CBHD: PGS. TS Lê Văn Hiếu HVTH: Nguyễn Văn Thọ Tô Lâm Viễn Khoa Nguyễn Đỗ Minh Quân Phạm Văn Thịnh Lê Khắc Tốp. Lưu lại thông tin cần thiết :. Địa chỉ bạn đã tải : - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
1
ỨNG DỤNG CỦA PLASMA NHIỆT ĐỘ THẤP
CBHD: PGS. TS Lê Văn Hiếu
HVTH: Nguyễn Văn Thọ
Tô Lâm Viễn Khoa
Nguyễn Đỗ Minh Quân
Phạm Văn Thịnh
Lê Khắc Tốp
Trường ĐH Khoa Học Tự Nhiên
Khoa Vật Lý
Bộ Môn Vật Lý Ứng Dụng
Địa chỉ bạn đã tải:http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.html
Địa chỉ bạn đã tải:http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.html
Nơi bạn có thể thảo luận:http://myyagy.com/mientay/Nơi bạn có thể thảo luận:http://myyagy.com/mientay/
Dịch tài liệu trực tuyến miễn phí:http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.htmlDịch tài liệu trực tuyến miễn phí:http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html
Dự án dịch học liệu mở:http://mientayvn.com/OCW/MIT/Co.htmlDự án dịch học liệu mở:http://mientayvn.com/OCW/MIT/Co.html
Liên hệ với người quản lí trang web:Yahoo: [email protected]: [email protected]
Liên hệ với người quản lí trang web:Yahoo: [email protected]: [email protected]
4
ĐỊNH NGHĨA PLASMA
Plasma là một khí chuẩn (giả) trung hòa về điện, trong đó bao gồm các hạt mang điện, kể cả các hạt trung hòa, các hạt này mang tính tập hợp. Các điều kiện tồn tại plasma. + Giả trung hòa về điện
, , 0e i e iZ n + Bán kính Debeye phải nhiều lần nhỏ hơn kích thước của miền chứa tập hợp.
D << L
5
PHÂN LOẠIPHÂN LOẠI
• Plasma nhiệt độ thấp có nhiệt độ trong khoảng 3000-70000K, thường được sử dụng trong đèn huỳnh quang, ống phóng điện tử, tivi plasma…
• Plasma nhiệt độ cao có nhiệt độ lớn hơn 70000K, thường gặp ở mặt trời và các ngôi sao, trong phản ứng nhiệt hạch…
6
TÍNH CHẤT CỦA PLASMA
• Hoạt tính hóa học cao → dùng để thay đổi tính chất bề mặt mà không ảnh hưởng đến vật liệu khối; có thể trở thành môi trường phát Laser khí.
• Dẫn điện → có thể điều khiển nhiệt độ plasma bằng trường điện từ.
• Năng lượng cao và nhiệt độ cao → dùng trong các quá trình xử lí cơ khí (hàn, cắt, v.v...)
• Bức xạ điện từ → dùng làm nguồn sáng, màn hình Plasma.
7
• GIỚI THIỆU
• CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• CẤU TẠO
• HOẠT ĐỘNG
ĐÈN HUỲNH QUANG
8
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• HIỆU ỨNG PENNING
• ĐỊNH LUẬT PASEN
• SỰ VA CHẠM
• SỰ KÍCH THÍCH VÀ ION HÓA
• SỰ TÁI HỢP
9
HIỆU ỨNG PENNING
Hiệu ứng Penning là ion hóa nguyên tử, phân tử khí tạp chất do va chạm loại 2 với nguyên tử siêu bền khí cơ bản
10
HIỆU ỨNG PENNING
Ví dụ cho 0,1% Ar vào khí phóng điện Ne tinh khiết có catoth bằng kim loại Mo, thì thế cháy của nó sẽ giảm từ 115 V Xuống 85 V
Trong phóng điện Ne tinh khiết, tác dụng của nguyên tử siêu bền xuất hiện trong phản ứng.
Ne* + Ne* Ne+ + Ne + e
Nếu cho một khí Ar vào, thì nguyên tử siêu bền Ne* bắt đầu ion hóa do va chạm loại 2 với nguyên tử Ar theo phản ứng:
Ne* + Ar Ne + Ar+ + e
11
ĐỊNH LUẬT PASEN
Dưới tác dụng của điện trường mạnh, một điện tử thoát ra từ catôt sau khi đi được quãng đường d, ion hóa chất khí do đó ta có số ion được sinh ra là:
1de
12
ĐỊNH LUẬT PASEN
1de
Các ion sinh ra chuyển động về catôt làm phát xạ điện tử thứ cấp
với là số điện tử phát xạ từ bề mặt kim loại.
Các điện tử này tiếp tục chuyển động đến Anôt và làm ion hóa chât khí và lại tiếp tục sinh ra ion đập vào catôt và sẽ có điện tử thứ cấp được sinh ra
1de
22 1de
13
ĐỊNH LUẬT PASEN
Quá trình cứ tiếp tục ta được
)1(10
d
d
e
enn
Từ đó, ta được mật độ dòng anôt là:
)1(10
d
d
a e
eii
14
ĐỊNH LUẬT PASEN
Khi tăng thế giữa hai điện cực thì sẽ tăng nhanh và
tiến đến 1 -> không cần tác động bên ngoài, phóng điện vẫn tồn tại được.
1de
15
ĐỊNH LUẬT PASEN
011 dd ee
pd
Vpdf
m
mm
m
e
pd
V
d
VE
p
E
p
Epf
)(
1
);(;
Đa số trong các trường hợp << 1, nên điều kiện mồi phóng điện có thể viết là
Với :
Thế mồi phóng điện không phụ thuộc vào p, d riêng biệt mà phụ thuộc vào tích pd
16
Caùc phöông phaùp laøm giaûm theá moài Vm
1.Duøng kim loaïi coù coâng thoaùt nhoû laøm cathode
2. Duøng hoãn hôïp khí Penning
3. Nhôø nguoàn taùc ñoäng beân ngoaøi: taêng khaû naêng phaùt xaï ñieän töû vaø gaây ion hoùa maïnh ( ví duï: ñoát noùng cathode, chieáu böùc xaï coù böôùc soùng ngaén..)
ĐỊNH LUẬT PASEN
17
SỰ VA CHẠM
• VA CHẠM ĐÀN HỒI
• VA CHẠM KHÔNG ĐÀN HỒI
18
VA CHẠM ĐÀN HỒI
Va chạm đàn hồi: là loại va chạm không làm biến đổi tính chất của hạt. Va chạm đàn hồi giữa electron với phân tử hay nguyên tử là loại va chạm thường gặp nhất. Theo thực nghiệm thì khi năng lượng electron vượt quá vài eV thì tiết diện tán xạ đàn hồi giảm khi tăng vận tốc hạt.
19
VA CHẠM KHÔNG ĐÀN HỒI Va chạm không đàn hồi: là loại va chạm làm
biến đổi tính chất của hạt như kích thích, phản ứng hóa học, ion hóa,…
Sự chuyển điện tích là sự truyền điện tích từ ion chuyển động nhanh cho các nguyên tử hay phân tử đang chuyển động chậm. Nguyên tử hay phân tử khi mất một electron trở thành ion chậm
An+ + M → A(n-1)+ + M+
An+: ion nhanh có n điện tích M: nguyên tử hay phân tử khí A(n-1)+: ion chậm có (n-1) điện tích Quá trình này có một ý nghĩa là ion có năng
lượng cao có thể biến thành nguyên tử trung hòa và ion có năng lượng thấp hình thành trong plasma.
20
SỰ KÍCH THÍCH VÀ ION HÓA
Hai quá trình kích thích và ion hóa có thể kết hợp tùy ý và có thể xảy ra các phản ứng sau đây:
e + A → A+ + e + ee + M → M+ + e + ee + A → A* + eA+ + A → A+ + A+ + eA + A → A+ + A +e
Với:e: electronA: nguyên tửA+: ion một điện tíchM: phân tửA*: Nguyên tử kích thích
21
SỰ TÁI HỢP
Sự tái hợp là quá trình kết hợp giữa ion với electron hay giữa các ion trái dấu để trở thành nguyên tử hay phân tử trung hòa. Đây là nguyên nhân làm giảm các hạt mang điện trong plasma. Tái hợp ion đóng vai trò quan trọng trong môi trường áp suất lớn.
22
CẤU TẠO
• ỐNG PHÓNG ĐIỆN
• HAI ĐIỆN CỰC
• Starter (“Con chuột”)
• Ballast (Chấn lưu hay Tăng phô):
23
CẤU TẠO
Nguồn phát electron
Công tắc
Nguồn phát electron
Ống thủy tinh
Lớp phốtpho
Con chuôt
Khối plasma
Cuộn dây
Dây dẫn
24
ỐNG PHÓNG ĐIỆN
• Ống phóng điện: là một ống thủy tinh dài (10cm-120cm), bên trong ống được bơm khí trơ Argon và một lượng thủy ngân thích hợp. Trên thành ống có phủ một lớp huỳnh quang (hợp chất phosphor)
25
HAI ĐIỆN CỰC
Lớp photpho Thủy
ngân
Khí Ar
Nguồn phát electron
Ống thủy tinh
Chân cắm
Bên trong của một đèn hùynh quang
26
Starter (“Con chuột”)
• cấu tạo gồm một cặp điện cực và một tụ điện. Cặp điện cực được đặt trong một ống thủy tinh bơm đầy khí neon. Cặp điện cực và tụ điện được mắc song song với nhau, hai dây nối được nối ra ngoài với hai nút kim loại. Cả ống thủy tinh và tụ điện đều được đặt trong một hộp nhựa hình trụ.
27
Ballast (Chấn lưu hay Tăng phô):
• một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt có thiết kế đặc biệt
28
HOẠT ĐỘNG
• QUÁ TRÌNH KHỞI ĐỘNG
• QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆN
29
QUÁ TRÌNH KHỞI ĐỘNG
Hoạt động của Stater
Lúc đầu chưa có hiện tượng phóng điện trong ống
Khi nhiệt độ ở hai bản cực nóng lên, nó sẽ giãn ra và dính vào
nhau.
Khi hiện tượng phóng điện trong ống xảy ra.
30
QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆNKhi ta áp một điện thế vào 2 cực của một bóng
đèn, phần khí bên trong ống sẽ bị ion hóa. Sau khi bị ion hóa, các ion dương sẽ chuyển về hướng cathode, các electron di chuyển về phía Anode. Đối với nguồn xoay chiều thì các ion đổi hướng sau nửa chu kì.
E22222222222222
Tái hợp
Ar
HgHg
Hg
HgHg
Hg
Hg
Ar
Ar
Ar
Ar
ArAr
Ar
Ar
ArAr
E22222222222222
31
QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆN
Các electron trong quá trình chuyển động sẽ va chạm với các nguyên tử Hg, Ar tạo ra các ion
E22222222222222
Tái hợp
Ar
HgHg
Hg
HgHg
Hg
Hg
Ar
Ar
Ar
Ar
ArAr
Ar
Ar
ArAr
E22222222222222
32
LASER KHÍ
•Laser khí là loại ánh sáng laser sinh ra với tác nhân là ion, phân tử chất khí và các điện tử. •Tác nhân của laser khí thường ở dạng plasma: chuẩn trung hòa, mật độ hạt mang điện lớn.
33
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
TÁC TÁC NHÂNNHÂN
ion phân tử chất khí, điện tử
BƠM KÍCH THÍCH
TÁC TÁC NHÂNNHÂN
LASER
34
LASER KHÍ He-Ne
Là một trong những laser khí được phát minh ra đầu tiên.Phát ra ánh sáng laser màu đỏ có bước sóng 632,8 nm.Công suất phát sáng từ 1 - 10 mW.Chi phí rẻ, dễ chế tạo, được sử dụng phổ biến.
35
Cơ sở: Va chạm không đàn hồi cộng hưởng loại 2
• Là va chạm trong đó thế năng của hạt trong trạng thái kích thích được chuyển cho hạt khác dưới dạng động năng hoặc thế năng.
• Phương trình: A + B* --> A* + B + ΔE
AA BB
36
Nguyên lý hoạt động
HeHe NeNe
e- kích thích
HeHe**
NeNe**
NeNe
LASER
(mật độ lớn)
37
Nguyên lý hoạt động
3 bước sóng phát ra:
638 nm (đỏ)1150 nm (hồng ngoại)3391 nm (hồng ngoại)
e- + He --> He* + e- He* + Ne --> He +
Ne*
38
Sơ đồ
- +HeHe NeNeee--
39
Sơ đồ thực tế
40
Thông số sử dụng
• Áp suất trong lòng: xấp xỉ 3,4 đến 4 Torr.
• Hiệu điện thế 2 đầu: 220 V - 10 kV gây ra dòng điện khoảng vài mA.
• Nhiệt độ trong lúc hoạt động: -25 đến 800C.
• Công suất tiêu thụ: 20 mW để sinh ra 1 mW laser.
• Nồng độ He-Ne: từ 5:1 đến 20:1
41
Ứng dụng
• Định hướng và xác định vị trí.
• Đọc mã vạch
• Ghi đĩa CD
• Y học
• Trình diễn
42
CÁC LOẠI LASER KHÍ KHÁC
• Laser He-Cd: sử dụng tác nhân là nguyên tử He pha tạp với Cd.
• Laser phân tử CO2: sử dụng tác nhân là các phân tử khí CO2 pha tạp với H2 và N2.
• ...
43
ỨNG DỤNG CỦA PLASMA NHIỆT ĐỘ THẤP
44
PHƯƠNG PHÁP TÁI TẠO HÌNH ẢNH CỦA CÁC LOẠI MÀN HÌNH
45
PHƯƠNG PHÁP TÁI TẠO HÌNH ẢNH CỦA CÁC LOẠI MÀN HÌNH
46
Màn hình Plasma
Sơ lược lịch sử phát triển
Cấu tạo của màn hình plasma
Nguyên tắc hoạt động của màn hình plasma
Ưu nhược điểm
47
SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÀN HÌNH PLASMA
48
Màn hình plasma được Slottow và Bitzer công bố vào năm 1964.
SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÀN HÌNH PLASMA
49
Năm 1967: Tấm nền plasma do kỹ sư Don Bitzer và Gene Slottow tại Đại học Illinois phát triển đã được trao giải Industrial Research 100 - giải thưởng tôn vinh những phát minh quan trọng nhất của năm
SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÀN HÌNH PLASMA
50
SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÀN HÌNH PLASMA
Năm 1986; Weber giới thiệu mạch duy trì năng lượng mà ông phát triển tại Đại học Illinois. Mạch này vẫn được đưa
vào màn hình màu hiện nay
51
Hãng AT&T (Mỹ) góp công lớn trong việc cải tiến màn hình plasma. Họ sản xuất màn hình 3 điện cực đầu tiên và công nghệ này được áp dụng cho tất cả
các sản phẩm plasma hiện nay.
SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÀN HÌNH PLASMA
52
CẤU TẠO MÀN HÌNH PLASMA
Các ô phóng điện
Điện cực địa chỉ
53
CẤU TẠO MÀN HÌNH PLASMA
54
cấu trúc thành song song cấu trúc thành WAFFLE
cấu trúc thành ô chữ thập cấu trúc thành Delta
55
CẤU TẠO MÀN HÌNH PLASMA
Các ô phóng điện
Điện cực địa chỉ
56
NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA MÀN HÌNH PLASMA
Quá trình phát sáng của một ô
Cách điều khiển quá trình phát sáng của một ô
57
QUÁ TRÌNH PHÁT SÁNG CỦA MỘT Ô
58
e + Xe → e + e+ Xe+
ee XeXe+
Xe+Xe+
Xe**Xe**
Xe2+Xe2+
Xe*2*Xe*2*
Xe*Xe*
Xe(3P2)Xe(3P2)
Xe(3P1)Xe(3P1)
Ion hóa Kích
thích Kíchthích
Va chạm3 hạt
+ Ne, Xe Tái hợp
phân ly
Tái hợp phân lyVa chạm3 hạt
+ Ne, Xe
+ e
+ e
hν147 nm
hν150 nm173 nm
Xe** → Xe*(3P1,3P2) + hν (823 nm)
Xe+ + Xe + Xe → Xe2+ + Xe
Xe+ + Xe + Ne → Xe2+ + Ne
Xe2+ + e → Xe** + Xe
Xe2+ + e → Xe*(3P1,3P2) + Xe
Xe* + 2Xe → Xe2* + Xe Xe* + Xe + Ne → Xe2* + Ne
Xe2* → 2Xe + hν (150 nm, 173 nm)
Xe*(3P1) → Xe + hν (147 nm)
Quá trình phát ra tia UV của Xenon
e + Xe → e + Xe**
e + Xe → e + Xe*(3P1,3P2)
59
Cường độ tia UV phát ra theo thời gian của hỗn hợp khí Xe(10%) - Ne
Quá trình phát ra tia UV của Xenon
60
Màu của một điểm ảnh
=>Sự tổng hợp ba màu này với cường độ khác nhau sẽ cho ta màu sắc cần hiển thị
BaMgAl10O17: Eu2+: (BAM) cho màu xanh dươngZn2SiO4: Mn2+: cho
màu xanh lục (YGd)BO3:Eu3+ và
Y2O3: Eu3+ : cho màu đỏ.
61
Hai cấu trúc
ACM (2 điện cực)
ACC (3 điện cực)
Mỗi ô phóng điện được xác định bằng 3 điện cực
mỗi ô phóng điện được xác định bằng 2 điện cực
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH PHÁT SÁNG CỦA MỘT Ô
62
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH PHÁT SÁNG CỦA MỘT Ô
Quá trình điều khiển
Xung viết (writing pulses)
Xung duy trì (sustaining pulses)
Xung xóa (erasing pulses)
Hai cấu trúc
ACM (2 điện cực)
ACC (3 điện cực)
63
Điện thế duy trì và điện thế đánh thủng của hỗn hợp khí Xe-
Ne
64
ACC
65
1. Trạng thái ban đầu
Phóng điện-
+- +
-
+ --
-++ +
2. Phóng điện viết
-
+
-
+
-
+
-- -
+++
3. Sau phóng điện viết
Phóng điện
- +
-
+
-
+- -
- +++
4. Phóng điện duy trì lần 1
Phóng điện
-
+-+
-+ --
-+
++
5. Phóng điện duy trì lần 2 6. Phóng điện xóa
Phóng điện-+
-+ -
+ ---
++
+
Đối với cấu trúc ACC
66
WIDE VIEW ANGLE GOOD UNIFORMITYNON-DISTORTIONWITH MAG. FIELD
LARGE SIZE LIGHTTHIN
ƯU ĐIỂM CỦA MÀN HÌNH PLASMA
67
Tương đối nặng so với LCDKhông có nhiều kích cỡKhông hoạt động tốt khi lên quá caoTuối thọ ngắn hơn LCD (khoảng 30000 giờ)
NHƯỢC ĐIỂM CỦA MÀN HÌNH PLASMA
68
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNKHOA VẬT LÝ
BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG
PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON
TRONG CHẾ TẠO MÀNG MỎNG
GVHD : PGS. TS. Lê Văn HiếuHVTH : Phạm Văn Thịnh
MÔN : VẬT LÝ PLASMA
6969
Ar+
Đế
BIA
I. Khái niệm về phún xạ
Phún xạ(Sputtering) là kỹ thuật chế tạo màng mỏng dựa trên nguyên lý truyền động năng bằng cách dùng các iôn khí hiếm được tăng tốc dưới điện trường bắn phá bề mặt vật liệu từ bia vật liệu, truyền động năng cho các nguyên tử này bay về phía đế và lắng đọng trên đế.
70
Bản chất quá trình phún xạ- Quá trình phún xạ là quá trình truyền
động năng.
71
II. CÁC LOẠI PHÚN XẠ
• 1. Phún xạ phóng điện một chiều (DC discharge sputtering)
• 2. Phún xạ phóng điện xoay chiều (RF discharge sputtering)
• 3. Phún xạ magnetron
• 4. Các cấu hình phún xạ khác
72
1. Phún xạ phóng điện một chiều (DC discharge sputtering)
• Là kỹ thuật phún xạ sử dụng hiệu điện thế một chiều để gia tốc cho các iôn khí hiếm.
• Bia vật liệu (tuỳ thuộc vào thiết bị mà diện tích của bia nằm trong khoảng từ 10 đến vài trăm centimet vuông) được đặt trên điện cực âm (catốt) trong chuông chân không được hút chân không cao, sau đó nạp đầy bởi khí hiếm (thường là Ar hoặc He...) với áp suất thấp (cỡ 10-2 mbar)
73
Sơ đồ hệ phóng điện cao áp một chiều (DC-sputter)
74
2. Phún xạ phóng điện xoay chiều (RF discharge sputtering)
• Là kỹ thuật sử dụng hiệu điện thế xoay chiều để gia tốc cho iôn khí hiếm. Nó vẫn có cấu tạo chung của các hệ phún xạ, tuy nhiên máy phát là một máy phát cao tần sử dụng dòng điện tần số sóng vô tuyến (thường là 13,56 MHz).
• Vì dòng điện là xoay chiều, nên nó có thể sử dụng cho các bia vật liệu không dẫn điện.
75
Sơ đồ hệ phóng điện cao tần có tụ chặn làm tăng hiệu suất bắn phá ion.
76
3. Phún xạ magnetron • Là kỹ thuật phún xạ (sử dụng cả với xoay
chiều và một chiều) cải tiến từ các hệ phún xạ thông dụng bằng cách đặt bên dưới bia các nam châm.
• Từ trường của nam châm có tác dụng bẫy các điện tử và iôn lại gần bia và tăng hiệu ứng iôn hóa, tăng số lần va chạm giữa các iôn, điện tử với các nguyên tử khí tại bề mặt bia do đó làm tăng tốc độ lắng đọng, giảm sự bắn phá của điện tử và iôn trên bề mặt màng, giảm nhiệt độ đế và có thể tạo ra sự phóng điện ở áp suất thấp hơn.
77
4. Các cấu hình phún xạ khác
• Phún xạ chùm ion : nguồn ion được thiết kế tách hẳn ra khỏi catôt
• Cấu hình sử dụng đến phân thế trên đế để kích thích bắn phá ion và quá trình phủ màng
• Phóng điện bằng hỗ trợ ion nhiệt : điện tử thứ cấp được tăng cường từ sợi vonfram đốt nóng.
78
III. PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON RF TRONG CHẾ TẠO MÀNG MỎNG
• RF ở đây là viết tắt của chữ Radio Frequency nhưng ý nghĩa của nó ở đây là năng lượng của quá trình tạo plasma được cung cấp bởi các dòng điện xoay chiều cao tần (ở tần số sóng radio từ 2 - 20 MHz)
• Màng mỏng (thin films) tạo bởi kỹ thuật này có thể bao gồm nhiều vật liệu khác nhau và màng rất đồng đều.
79
1. Nguyên tắc hoạt động
• Dòng khí (thường là argon hoặc argon+O2, argon+N2) được bơm vào buồng chân không tạo plasma hình thành các ion Ar+. Các ion này hướng về target (kim loại cần tạo mạng mỏng) được áp thế âm. Các ion này di chuyển với vận tốc cao, bắn phá target và đánh bật các nguyên tử của target ra khỏi target. Các nguyên tử này bay lên và đi đến substrate (thuỷ tinh hay silicon wafer), tích tụ trên substrate và hình thành màng mỏng khi số lượng nguyên tử đủ lớn.
80
Bơm CKhông
Đế
13.56MHz
KhíAr
S N S
Ar
Ar
Khí N2
Khí bên ngoài
tAr
tN
Ar+
Ar+
e-
e-
ArN N
+
1. Nguyên tắc hoạt động
81
3. Sơ đồ cấu tạo
82
Plasma:
- Điện tử thứ cấp phát xạ từ catôt được gia tốc trong điện trường, chúng ion-hóa các nguyên tử khí, do đó tạo ra lớp plasma
83
Bia (kích thước cỡ 2” hoặc 3”) : Được gắn vào một bản giải nhiệt. Bản giải nhiệt được gắn vào cathode.
84Đế Silicon Đế thủy tinh
Đế: Được áp vào điện cực anode
85
Một số loại đế dùng trong hệ phún xạ
Đế Ceramic (gốm)
86
Buồng chân không
87
Bộ phận tạo chân không
Thường dùng 2 loại bơm : Bơm sơ cấp (bơm rote hoặc bơm quay dầu):
• Tốc độ : 30 m3/h.
• Áp suất tới hạn: 10-2 torr
Bơm khuếch tán :
• Tốc độ : 200 l/sec
• Áp suất tới hạn : 10-10 torr
88
Chân không phún xạ:• Chân không tới hạn : 10-7 torr• Chân không làm việc : 10-2 10-3 torr
89
SN
N
N
N
(b)(a)
(Kathod)
Đế (Athod)
Heä magnetron phaúng vaø caùc ñöôøng söùc töø treân beà maët bia
Bộ phận MagnetronTừ trường do một vòng nam châm bên ngoài bao quanh và khác cực với nam châm ở giữa. Chúng được nối với nhau bằng một tấm sắt, có tác dụng khép kín đường sức từ phía dưới
90
Cấu trúc của một số hệ Magnetron thông thường
91
92
5. Ưu nhược điểm của phún xạ
Ưu điểm: • Tất cả các loại vật liệu đều có thể phún xạ,
nghĩa là từ nguyên tố, hợp kim hay hợp chất.• Quy trình phún xạ ổn định, dễ lặp lại và dễ tự
động hóa.• Độ bám dính của màng với đế rất tốt do các
nguyên tử đến lắng đọng trên màng có động năng khá cao so với phương pháp bay bốc nhiệt.
93
Nhược điểm
• Phần lớn năng lượng phún xạ tập trung lên bia, làm nóng bia, cho nên phải có bộ làm lạnh bia.
• Tốc độ phún xạ nhỏ hơn nhiều so với tốc độ bốc bay chân không.
• Bia thường là rất khó chế tạo và đắt tiền.• Các tạp chất nhiễm từ thành bình, trong
bình hay từ anôt có thể bị lẫn vào trong màng.
94
PLD : Pulsed Laser Deposition
PLD
I, Tạo màng bằng phương pháp PLD
Tạo màng bằng magnetron gặp một số hạn chế
Không thể tạo màng hợp chất 3 thành phần : ABO3 ( pero skite ) LaTiO3 , SrTiO3
95
Laser làm bay hơi vật liệu đế và tạo ra plasma
Nguyên tắcDi chuyển của plasma
Lắng đọng của vật liệu bốc bay trên bề mặt
Tạo ra và phát triển màng mỏng trên bề mặt
96
97
98
II, Ứng dụng Plasma trong máy gia tốc dùng laser
Máy gia tốc hiện tại kích thước lớn
99
Ứng dụng plasma trong máy gia tốc
4GeV – 1 cm
Nguyên tắc
100
Sơ đồ cấu tạo
101
Làm sạch bề mặt màng mỏng và làm sạch một số thiết bị y tế
Ứng dụng trong máy bay quân sự
Ứng dụng trong y tế
…
Một số ứng dụng khác
102
CAÛM ÔN THAÀY VAØ
CAÙC BAÏN !!