Pulsed Laser Deposition Systems

Transcriptie

1 Pulsed Laser Deposition Systems Cas Damen Twente Solid State Technology BV

2 Inhoud Inleiding Ontwerp-uitdagingen Voorbeelden - Substraatverwarming - Vacuümkwaliteit - Elektronica en aansturing Slotopmerkingen/conclusie

3 Twente Solid State Technology BV - Opgericht in Spin-off van de Universiteit Twente - Momenteel 6 werknemers - Producten: Vacuümdepositie-systemen, alle klant-specifiek - Klanten: Universiteiten wereldwijd

4 Pulsed Laser Deposition - Dunne-film depositietechniek - In gecontroleerd vacuüm - Verdampen materiaal met laser - Specifiek voor keramische materialen materialen met hoog smeltpunt - Klein oppervlak voornamelijk voor onderzoek

5 C2 Pulsed Laser Deposition

6 Dia 5 C2 Codec: DivX Cas;

7 C3 Pulsed Laser Deposition

8 Dia 6 C3 Codec: DivX Cas;

9 Ontwerp-uitdagingen 1. Ieder apparaat wordt klant-specifiek ontworpen. - Inbouw analyse-instrumenten - Aansluiting aan andere apparatuur - Beperkingen budget 2. Klanten zijn wetenschappers. - Brede mogelijkheden voor processen. - Veel analysemogelijkheden voor proces. - Wens grenzen van het mogelijke op te zoeken en indien mogelijk te overschrijden.

10 Substraatverwarming Eigenschappen: - Maximale temperatuur - Laadbaar via sluis - Samplemontage - Elektrisch vermogen - Snelheid van opwarmen/afkoelen - Vacuüm- en zuurstofcompatibel - Maximale sample-afmetingen

11 Substraatverwarming 1 Weerstandsheater: - Tot 900 C - Complete heater laden - Samples worden gelijmd voor optimaal thermisch contact - Relatief laag vermogen en relatief snel opwarmen - Afkoelen: passief, relatief langzaam - Maximaal afmeting: 1-inch diameter

12 Substraatverwarming 2 Stralingsheater: - Tot 1000 C - Alleen sample-plaatjes laden - Samples worden gelijmd op sample-plaatje of direct aangestraald - Langzamer opwarmen - Afkoelen: sneller - Maximaal afmeting: 2-inch diameter

13 Substraatverwarming 3 Laser heater: - Boven 1000 C - Alleen sample-plaatjes laden - Samples worden gelijmd op sample-plaatje of direct aangestraald - Weinig vermogen in systeem - Snel opwarmen en afkoelen - Maximaal afmeting: 10x10 mm 2.

14 Vacuümkwaliteit Belangrijke aspecten: - Vacuümkwaliteit = zuiverheid - Vacuüm nodig voor proces - Vacuüm nodig voor na proces - Keuze pompen - Gebruikte materialen/onderdelen - Uitstoken systeem - Drukopnemers - Andere aspecten, zoals virtueel lek

15 Vacuümkwaliteit - onderdelenkeuze Pompen - Oorspronkelijk: Turbopomp met draaischuifpomp. - Droge voorpomp. - UHV pompen Drukopnemers - Oorspronkelijk: Combinatie koude cathode/pirani. - Hete cathode voor lagere drukken. - Uitstookbaar

16 Vacuümkwaliteit - materialenkeuze Materialen - Bij voorkeur alles RVS - Geen materialen met hoge dampdruk - Geen materialen die eenvoudig oxideren - Geen materialen die niet tegen hoge temperaturen kunnen.

17 Voorbeeld: lagers - Standaard-smering van lagers ongewenst. - Vervangen door vacuum-vet (siliconen-basis of Fomblin) - Droge smering (MoS 2 ) - Hybride lagers met keramische kogels Voorbeeld: motor - Basisidee: gelijkstroommotor - Vervangen door UHV stappenmotor. Vacuümkwaliteit - materialenkeuze

18 Vacuümkwaliteit Overige aspecten Specifiek voor UHV systemen - Elektrochemisch polijsten: Effectief oppervlak verminderen. - Uitstoken van systeem: Water en andere stoffen van wanden verwijderen. - Lektesten

19 Elektronica en aansturing Keuzes: - Bestaande devices. - Seriële communicatie via RS Zoveel mogelijk zelfstandige regelaars (Temperatuur, druk,...) - Ingebouwd in 19 rekken. Problemen/uitdagingen: - Niet-compatibele communicatie. - Isolatie/aardlussen. - Specifieke wensen soms niet direct mogelijk.

20 Elektronica en aansturing Software: - Geschreven in LabVIEW. - Controle van volledige systeem. Stuurt elektronica aan. - Elektronica zijn zelfstandige units. - Aangepast aan ieder systeem. - Idee: volledige functionaliteit met configuratie-file. - Mogelijkheid tot automatisering met recipes.

21 Conclusie Compleet systeem omvat veel aspecten, die van belang zijn bij ontwerp. Vaak is het onmogelijk om op alle gebieden voldoende kennis te hebben. Samenwerking met partners en leveranciers van groot belang.