Diagnostics of High-Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) Plasma by Modified Ion-Sensitive Probes

• Thesis title in Czech: Diagnostika plazmatu vysokovýkonového impulsivního magnetronového naprašování (HiPIMS) pomocí modifikovaných iontově citlivých sond
• Thesis title in English: Diagnostics of High-Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) Plasma by Modified Ion-Sensitive Probes
• Key words: HiPIMS|magnetronové naprašování|pulzní výboj|diagnostika plazmatu|QCM|RF sonda
• English key words: HiPIMS|magnetron sputtering|pulsed discharge|plasma diagnostics|QCM|RF probe
• Academic year of topic announcement: 2018/2019
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Surface and Plasma Science (32-KFPP)
• Supervisor: prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 27.09.2018
• Date of assignment: 27.09.2018
• Confirmed by Study dept. on: 19.10.2018
• Date and time of defence: 24.06.2024 09:30
• Date of electronic submission: 06.05.2024
• Date of submission of printed version: 08.04.2024
• Opponents: prof. Štefan Matejčík, DrSc.
• Advisors: Mgr. Zdeněk Hubička, Ph.D.

Guidelines

Úkolem doktoranda bude zejména:
- Seznámení se s problematikou HiPIMS a rešerše literatury.
- Seznámení se s různými přístupy v modelování procesu HiPIMS při tvorbě tenkých vrstev.
- Volba vhodného modelu pro depozici tenkých vrstev TiO2 a Fe2O3 systémem HiPIMS a jeho realizace.
- Srovnání výsledků modelu a experimentu.

Předpokládá se účast doktoranda na mezinárodních vědeckých konferencích. Doktorand bude publikovat dosažené výsledky v mezinárodních recenzovaných časopisech.

References

Yuri P. Raizer, Gas Discharge Physics. Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1997.
Sputtering by Particle Bombardment, edited by R. Behrisch and W.M.W. Thompson, Springer, Berlin, 2007.
Reactive Sputter Deposition, edited by D. Depla and S. Mahieu, Springer, Heidelberg, 2008.
Michael A. Lieberman and Allan J. Lichtenberg, Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, second edition, John Wiley and Sons Inc 2005.
Low Temperature Plasmas, Fundamentals, Technologies, and Techniques, second edition, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.2008.
Další časopisecká literatura podle dohody s vedoucím práce.

Preliminary scope of work

Pulzní magnetronová depozice HiPIMS (High Power Impulse Magneron Sputtering) se využívá pro tvorbu tenkých vrstev nových materiálů s lepší adhezí, hustou mikrostrukturou a definovanou fázovou kompozicí. Jako příklad materiálů vytvořených pomocí HiPIMS lze uvést TiO2, ZrO2, Ta2O5, HfO2 a další.
Kromě rozprašování materiálu terče působí při tvorbě tenkých vrstev řada dalších procesů. Těmi jsou například chemisorpce částic reaktivního plynu na terč a na substrát, rozprašování chemisorbovaného reaktivního plynu, a jejich přenos na substrát, implantace atomů reaktivního plynu a iontů reaktivního plynu a kovových iontů do terče. Simulace těchto procesů je důležitým vodítkem pro nastavení makroparametrů výboje HiPIMS pro tvorbu vrstvy s požadovanými vlastnostmi.
Tvorba modelů procesu HiPIMS je proto důležitým tématem při aplikaci nízkoteplotního plazmatu pro materiálovou technologii.

Preliminary scope of work in English

High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) is used for deposition of thin films of novel materials with enhanced film adhesion, dense film microstructure and controlled phase composition. As examples of materials prepared using the HiPIMS one can quote TiO2, ZrO2, Ta2O5, HfO2 and others.

Apart from sputtering of target material acts during the HiPIMS deposition many furthe processes. These are for example chemisorption of reactive gas molecules, processes of knoc-on and direct implantation of reactive gas atoms and ions into the target. Simulation of these processes is therefore an important guideline for adjustment of macroparameters of the HiPIMS discharge for creation of thin film with the requested properties.

The creation of the models of the HiPIMS process is therefore an interesting topic when applying the low-temperature plasma for the material technology. The key tasks for the PhD student will be:
- Become familiar with physics HiPIMS process and do the research of literature.
- Become familiar with different approaches in modeling of the HiPIMS process during creation of thin films.
- Selection of a suitable model for TiO2 and Fe2O3 thin film deposition and its realization.
- Comparison of the model results with experiment

It is expected that the PhD student participate in international scientific conferences during his/her study. Results of the PhD dissertation will be published in international reviewed journals and presented on international conferences.