การออกแบบและสร้างเครื่องเคลือบระบบ ดีซี แมกนีตรอน สปัตเตอริง แบบคาโทดคู่
Design and Construction of Double Magnetron Cathode Sputtering System
Keywords:
เครื่องเคลือบในสุญญากาศ, สปัตเตอริง, แมกนีตรอน คาโทด, ฟิล์มบาง, ไททาเนียมไดออกไซด์, vacuum coater, sputtering, magnetron cathode, thin film, titanium dioxideAbstract
งานวิจัยนี้เป็นการรายงานผลการสร้างเครื่องเคลือบในสุญญากาศ ระบบ ดีซี แมกนีตรอน สปัตเตอริง แบบคาโทดคู่ สำหรับเคลือบระบบฟิล์มบางหลายชั้น มีผลการศึกษาดังนี้ เครื่องเคลือบที่สร้างขึ้นมีส่วน ประกอบสำคัญ 6 ส่วนคือ (1) ภาชนะสุญญากาศ (2) ระบบเครื่องสูบสุญญากาศ (3) แมกนีตรอน สปัตเตอริง คาโทด แบบอันบาลานซ์ (4) ภาคจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง (5) ระบบควบคุมและปล่อยแก๊ส และ (6) ระบบน้ำหล่อเย็น เครื่องเคลือบที่สร้างขึ้น สามารถละความดันในภาชนะสุญญากาศได้ต่ำสุดประมาณ 9.0x10-6 mbar และสามารถเคลือบฟิล์มบางของไททาเนียมและทองแดงได้ เมื่อทดลองเคลือบฟิล์มบางไททาเนียมไดออกไซด์บนกระจกสไลด์ด้วยวิธีรีแอคตีฟสปัตเตอริงจากเป้าไททาเนียม เมื่อนำฟิล์มบางที่ได้ไปศึกษาโครงสร้างและสมบัติทางแสงด้วย AFM, XRD และสเปคโตรโฟโตมิเตอร์ พบว่าลักษณะใส ส่งผ่านแสงในช่วงตามองเห็นและอินฟราเรดดี มีโครงสร้างผลึกแบบรูไทล์ที่ระนาบ (110), (101) และ (111) และที่ความยาวคลื่น 550 nm ฟิล์มบางที่ได้มีค่าดัชนีหักเห ค่าสัมประสิทธิ์การดับสูบ และค่าแถบพลังงานเท่ากับ 2.4, 0.0044 และ 3.2 eV ตามลำดับ In this report a home-made double DC magnetron cathode sputtering system has been constructed. The system consisted of six major components; namely, (1) vacuum chamber (2) vacuum pump system (3) unbalanced magnetron sputtering cathode (4) DC power supply (5) gas feeding and control and (6) cooling system. The ultimate pressure of about 9x10-6 mbar could be achieved within about one hour, with a rotary pump and diffusion pump. A multilayer thin film could be deposited from two metallic targets simultaneously. However, in this work only Ti and Cu targets have been employed for testing. TiO2 thin film was also deposited on glass slide by reactive sputtering from a titanium target. Its structure and optical property have been examined by the XRD, AFM and spectrophotometer. The films were transparent having high transmission in the visible and infrared regions. The XRD indicated that the film had a rutile structure confirmed by the presence of the peaks of its (110), (101) and (111) plane, respectively. The refractive index, extinction coefficient and energy band gap at 550 nm were 2.4, 0.0044 and 3.2 eV respectively.References
นิรันดร์ วิทิตอนันต์, สุรสิงห์ ไชยคุณ และสำเภา จงจิตต์. (2547). การออกแบบและสร้างเครื่องเคลือบในสุญญากาศเพื่อการศึกษาและฝึกอบรม. ใน การประชุมทางวิชาการของมหาวิทยาลัย เกษตรศาสตร์ ครั้งที่ 42. (หน้า 137-143). กรุงเทพฯ.
สุรสิงห์ ไชยคุณ, นิรันดร์ วิทิตอนันต์, สกุล ศรีญาณลักษณ์ และจักรพันธ์ ถาวรธิรา. (2543). การออกแบบและสร้างระบบเคลือบสุญญากาศแบบดีซี แมกนีตรอน สปัตเตอริง ใน การประชุมทางวิชาการของมหาวิทยาลัย เกษตรศาสตร์ ครั้งที่ 38. (หน้า 271-278). กรุงเทพฯ.
สุรสิงห์ ไชยคุณ, นิรันดร์ วิทิตอนันต์, สกุล ศรีญาณลักษณ์ และจักรพันธ์ ถาวรธิรา. (2545). การออกแบบและสร้างต้นแบบเครื่องเคลือบในสุญญากาศสำหรับอุตสาหกรรมเครื่องประดับ. ในการประชุมทางวิชาการของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ครั้งที่ 40. (หน้า 48-55). กรุงเทพฯ.
สุรสิงห์ ไชยคุณ, นิรันดร์ วิทิตอนันต์, สกุล ศรีญาณลักษณ์ และจักรพันธ์ ถาวรธิรา. (2546). การออกแบบและสร้าง อันบาลานซ์ แมกนีตรอน คาโทด สำหรับระบบสปัตเตอริง. ใน การประชุมทางวิชาการของมหาวิทยาลัย เกษตรศาสตร์ ครั้งที่ 41. (หน้า 169-176). กรุงเทพฯ.
Bunshah, R.F. (1994). Handbook of deposition technologies for films and coatings. New Jersey: Noyes.
Madare, D., & Rusu, B.I. (2002). The influence of heat treatment of the optical properties of titanium oxide thin films. Materials Letters, 56, 210-214.
Smith, D.L. (1995). Thin-film deposition: principle and practice. New York: McGraw-Hill.
Swanepoel, R. (1983). Determination of the thickness and optical constants of amorphous silicon. Journal of Physics E, 16, 1214-1222.
Wasa, K., & Shigeru Hayakawa. (1992). Handbook of sputter deposition technology: principles, technology and applications. New Jersey: Noyes.
