"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF7462
ETF7462 "Hapniku atomiseerimine kõrgsagedusplasmas (1.01.2008−31.12.2010)", Matti Laan, Tartu Ülikool, Füüsika-keemiateaduskond, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Füüsika Instituut, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond.
ETF7462
Hapniku atomiseerimine kõrgsagedusplasmas
Atomization of oxygen in high frequency plasma
1.01.2008
31.12.2010
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.10. FüüsikaP240 Gaasid, vedelike dünaamika, plasma1.2. Füüsikateadused (astronoomia ja kosmoseteadus, füüsika ja teised seotud teadused)100,0
AsutusRollPeriood
Tartu Ülikool, Füüsika-keemiateaduskondkoordinaator01.01.2008−31.12.2010
Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Füüsika Instituutkoordinaator01.01.2008−31.12.2010
Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskondkoordinaator01.01.2008−31.12.2010
PerioodSumma
01.01.2008−31.12.2008150 000,00 EEK (9 586,75 EUR)
01.01.2009−31.12.2009144 000,00 EEK (9 203,28 EUR)
01.01.2010−31.12.201087 696,00 EEK (5 604,80 EUR)
24 394,83 EUR

Aatomkihtsadestuse (ALD) meetodil nanomeetrilise paksusega oksiidikilede valmistamisel leiavad hapniku lähtekomponentidena kasutamist erinevad ühendid (nt H2O, H2O2). Viimastel aastatel on selgunud, et neist lähtekomponentidest dielektrikusse jäänud lisandid on lekkevoolu põhjuseks. Seetõttu otsitakse alternatiivseid teid atomaarse hapniku tekitamiseks. Üheks paljulubavaks viisiks on hapniku atomiseerimine kõrgsagedusplasmas. Käesolev töö püstitab kaks põhieesmärki: 1. Leida plasmarektori konstruktsioon, energeetiline režiim ja gaasikoosseis, mille puhul atomaarse pindaktiivse hapniku saagis oleks maksimaalne. 2. Registreerides plasma spektraalkarakteristikud nähtavas ja infrapuna piirkonnas töötada välja meetod, mis lubaks hinnata atomaarse hapniku kontsentratsiooni. Töös on planeeritud eksperimentaalne osa siduda modelleerimisega. Eksperiment tehakse Ar/O2 segus kogurõhkudel, mis on sobivad plasmareaktori sidestamiseks eksisteerivate ALD seadmetega. Kasutades neeldumis- ja emissioonspektroskoopia meetodeid registreeritakse plasma spektraalsed karakteristikud funktsioonina plasmasse sisestavast võimsusest ja hapniku osarõhust. Optimiseeritakse plasmareaktori konstruktsioon ja leitakse diagnostikaks sobivad lisandgaasid. Modelleerimisel leitakse iga gaasisegu jaoks elektronide jaotusfunktsioon ja selle alusel määratakse elektronide liikuvused ning plasmakeemiliste reaktsioonide kiiruskonstandid. Nende arvutuste ja eksperimenditulemuste alusel määratakse elektronide kontsentratsioon ja huvipakkuvate energeetiliste seisundite hõived. Töö teaduslikuks tähtsuseks on atomaarse hapniku erinevate energeetiliste seisundite kontsentratsiooni spektraaldiagnostika väljatöötamine. Töö rakenduslik tähtsus seisneb plasma-toetatud ALD meetodi väljatöötamises ja kasutamises oksiidikilede valmistamisel.
Atomic layer deposition method uses for production of oxide layers of nanometer thickness different precursors (e g H2O, H2O2). Recent studies showed that impurities in dielectric layers are caused by these precursors and the impurities govern the leakage current. For this reason alternative methods of oxygen generation are searched. Among the methods of precursor production the atomization of oxygen in high frequency plasma seems to be a promising one. The present study has two main goals: 1. Finding the design of plasma reactor, its energy regime and gas composition which ensure the maximum yield of surface-active oxygen production. 2. Elaboration of method, which allows the determination of atomic oxygen concentration on the bases of spectral measurements in the visible and infrared regions. It is foreseen to link the experimental part of the study with the modelling. Experiments are carried out in Ar/O2 mixture at total pressures, which fit the matching of plasma reactor with the existing ALD devices. Using methods of absorption and emission spectroscopy, the spectral characteristics of plasma are recorded as a function of input power and partial pressure of oxygen. The design of plasma reactor is optimised and track gases suitable for diagnostics are found. The modelling finds the electron energy distribution function for each gas mixture and on the bases of these data the electron mobility and rate coefficients of different plasma-chemical reactions are calculated. Using the results of modelling and experiment the electron concentration and populations of energetic states are determined. From the scientific viewpoint the importance of the study consists in elaboration of spectral diagnostic method for determination of concentrations of different energy states of oxygen. From the viewpoint of applications the importance of the study consists in the elaboration of plasma-assisted ALD method and its use for production of oxide layers.