Diagnostics of thin layer deposition using tetravinylsilane monomer

Tématem diplomové práce je diagnostika plazmatu užívaného pro depozice tenkých vrstev na bázi organo-křemíkových sloučenin. Tyto vrstvy mají široké využití jako ochranné povrchy materiálů nebo ochranná fáze při tvorbě vystužení skleněných vláken. V teoretické části jsou uvedeny základy optické emisní spektroskopie a hmotnostní spektroskopie a základy výpočtu rotační, vibrační teploty a elektronové teploty plazmatu. Při depozici byl jako monomer využit tetravinylsilan (TVS) v radiofekvenčním kapacitně buzeném výboji. Jako diagnostická metoda byla použita optická emisní spektroskopie a hmotnostní spektroskopie. Vlastní depozice probíhala v kontinuálním režimu při výkonech 20, 25, 40, 50, 60 a 70W a pulzním režimu s aktivním výbojem v poměru 1:1, 1:4 a 1:9 při výkonu 50 a 10 W. V jednotlivých spektrech byly identifikovány čáry atomárního vodíku Balmerovy série a celá řada rotačních čar odpovídajících molekule vodíku. Dále se podařilo ve spektrech identifikovat molekulární pásy SiH, CH a C2. Z rotačních čar pásu 0-0 molekuly CH byla stanovena rotační teplota, která se pohybovala v rozmezí 600 – 1000 K v závislosti na depozičních podmínkách. Z atomárních čar vodíku byla stanovena teplota elektronů v rozmezí 3600-7500 K. Souběžně s optickými emisními spektry byla snímána i in situ hmotností spektra TVS, která ukázala, že s klesajícím výkonem dodávaným do plazmatu v kontinuálním režimu klesá i fragmentace monomeru. Tyto výsledky potvrzuje i OES v případě radikálu CH a látek obsahujících vodík, jiné částice byly optickou emisní spektroskopií většinou neměřitelné. Stejné výsledky byly pozorovány v závislosti na výkonu dodávaném do aparatury. Dosažené výsledky jasně ukazují, že fragmentace monomeru klesá s klesajícím výkonem dodávaným do plazmatu. Přesné stanovení složení vzniklých vrstev je předmětem dalšího bádání a stejně tak i další popis parametrů plazmatu.The aim of this work is plasma diagnostic during the deposition of thin films based on organosilicone compounds. These layers have a wide range of applications mainly as protective coatings or intermediate phase in composites reinforced by glass fibers. The theoretical part of this work gives a basic fundaments of optical emission spectroscopy and mass spectroscopy and describes procedures for rotational, vibrational, and electron temperature calculations. The RF capacitive coupled discharge in configuration with planar electrodes was used with tetravinylsilane (TVS) organosilicone monomer in this study. The optical emission spectroscopy and mass spectroscopy were applied for the plasma diagnostics. The deposition process was carried out in continuous regime with applied power of 20, 25, 40, 50, 60, and 70 W, some experiments were done also in pulsed regime with duty cycle 1:1, 1:4 and 1:9 at fixed power of 50 W and 10 W when discharge was on. The atomic lines of hydrogen Balmer series and many rotational lines of molecular hydrogen were identified in the spectra. Besides them, the molecular bands of SiH, CH and C2 species were observed. The rotational temperature calculated from 0-0 CH band was in the range of 600 – 1000 K depending on the discharge conditions. The electron temperature in the range of 3600-7500 K was calculated from hydrogen atomic lines. In situ mass spectra collected simultaneously with optical emission spectra showed TVS monomer fragmentation increase with the increase of applied power in continuous regime. This result well correlated with OES in case of CH radical and hydrogen species, the other particles were mainly non-measurable by emission spectroscopy. The same results were also obtained with respect to the duty cycle parameter. The presented results clearly demonstrated the increase of monomer fragmentation with the increase of mean applied discharge power. Determination of prepared layer properties is a subject of other works and their relation to the plasma parameters will be a subject of further studies.