Magnetron sputteren van dunne laag sensoren voor self-sensing composieten

Vergelijkbare documenten
Biaxiaal getextureerde lagen door middel van HIPIMS

Cover Page. Author: Voltan, Stefano Title: Inducing spin triplet superconductivity in a ferromagnet Issue Date:

Samenvatting nanokristallen gedoteerde spectroscopie

Samenvatting voor de leek


Eddy Brinkman. Materiaalkunde in een notendop. Materials Veldhoven - 31 mei 2017

Coaxial Plasmonic Metamaterials for Visible Light M.A. van de Haar

Gasfasedepositie en vacuümtechnieken

Het Afschermen van Monitoren MATTHIJS KRONENBURG

XIII. Samenvatting. Samenvatting

UHV transport van multilaagspiegels M. Driessen en T. Tsarfati FOM-Instituut voor Plasma Fysica Rijnhuizen, Nieuwegein, Nederland

Sensor zoekt veeleisende toepassing

Diffusie Proces in Silicium


Nuon Helianthos. Een doorbraak in zonne-energie.


HERSTELLEN EN VERBETEREN VAN ONDERDELEN D.M.V. LASERCLADDEN.» J. Lambrecht» Laser Cladding Venture

VOORSTELLING ONDERZOEK

Hoofdstuk 5: Elektro-akoestische omzetters

Departement industriële wetenschappen en technologie

Gebruik constante stroom voeding in industriële procescontrole

Samenvatting voor de leek

Brandstof, Remvloeistof, Smeer- en Koelmiddelen (7)

Haalbaarheidsstudie. Betaalbare krasvaste coatings voor kunststoffen. Oktober Met steun van

Vraagstuk 1 (10 eenheden) In het algemeen zal een ferro-magnetisch lichaam zich opsplitsen in een aantal magnetische domeinen.

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation

Duurzaam herstellen en produceren van hoogwaardige producten met lasertechnologie

Matthias Van Wonterghem, Pieter Vanhulsel Aluminium en hoge snelheid, een mooie toekomst?

Zirconia-Reinforced Dental Restorations C. Chen

Dusty Plasma : Vorming van C-nanoclusters

GridPix: Development and Characterisation of a Gaseous Tracking Detector W.J.C. Koppert

Light trapping in thin-film solar cells using dielectric and metallic nanostructures M. van Lare

Sint-Jan Berchmanscollege

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation

Workshops. Wetenschappen: labo (EDUGO campus De Toren) Technologie: workshops (EDUGO campus Glorieux)

Samenvatting. Injectie van SiC deeltjes in Al

Het aansturen van piëzo-actuatoren met lineaire versterkers, dat is toch even anders schakelen

Titel. Tekst. Orange Nano Guardon AntiCorrosion Metal

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

Nano Green World Metal AntiCorrosion

94 Samenvatting te vervormen, wordt de huid bijzonder stijf bij grotere vervormingen. Uit onderzoek is gebleken dat deze eigenschap deels toe te schri

T.G. Kraak Thermisch spuiten vervsus Hardchroom Page 1 of 5

Voorbeeld case: Gietstuk Bruijs/Hapam Stappenplan kostprijsreductie met aluminium Versie: april 2011

Spin-afhankelijk transport over anti-fase grenzen in magnetiet films

STUDIEGEBIED CHEMIE (tso)

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

Samenvatting. Weerstand, magnetoweerstand en multilaagjes

Een batterij is een spanningsbron die chemische energie omzet in elektrische (zie paragraaf 3).

van gas moleculen. Bijgevolg verhindert deze laag de adsorptie van watermoleculen op het oppervlak waardoor verdere oxidatie wordt verhinderd.

Eindtermen Techniek De leerlingen onderzoeken waarneembare eigenschappen van courante materialen en grondstoffen i.f.v. een technisch proces.

Deze keuze maak je voor de algemene vorming: een pakket van 28 lesuren.

BASECAMPvzw De missie van Basecamp vzw

Samenvatting. Hydrogenography. Spanning-relaxatie in PdH x

Augustus blauw Fysica Vraag 1

Augustus geel Fysica Vraag 1

Marleen Rombouts Lasercentrum Vlaanderen, Vito, Mol (België)

Welke meettechnieken zijn er?

EDM Eroderen [ zink-/ draadvonken ]

EDM Eroderen [ zink-/ draadvonken ]

TSO. Chemie (istem) Derde graad

xxii Samenvatting Hoofdstuk 1 Hoofdstuk 2

Wetenschap: labo (campus De Toren) Technologie: workshops (campus. STEM-vakken

Samenvatting. Samenvatting

ANTICORROSIEBEHANDELING VOOR LEVENSLANGE PRESTATIES

Van groepswerk tot individuele proef op MTM P&O Materiaalkunde in de Bachelor Ingenieurswetenschappen

Betere baterijen voor de elektrische toekomst

Water is een heel bekend begrip. De bekende molecuul formule voor water is uiteraard H2O, de stof heeft

EDUGO campus De Brug

LEERACTIVITEIT: De stroomkring in beeld

STEM omvat alle vakken, opleidingen en projecten waarin wetenschappen, wiskunde en technologie sterk aanwezig zijn.

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

Plasticiteit. B. Verlinden Inleiding tot de materiaalkunde. Structuur van de lessen 1-4

automatisering elektrotechniek biomedische technologie (elektromechanica) automatisatie biomedische technologie (elektromechanica) o elektrotechniek

Hoe werkt (bi-polaire) ionisatie?

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (8N010)

nitreren (NH 3 /H 2 = 1/3) bij temperaturen T 300 ºC van een FeNiTi legering, en bij T 400 ºC van een FeNiCr legering, dunne (Ti/Cr)N precipitaten

CPS-ZF Zinkfolie. Algemeen. Belangrijkste eigenschappen. 250 micron dikke en 99,9% zuivere zinkfolie voorzien van een ion-geleidende lijmlaag.

Zelf een simpele ionisatiekamer bouwen

Hybride structuren: wat met galvanische corrosie?

automatisering elektrotechniek biomedische technologie (elektromechanica) automatisatie biomedische technologie (elektromechanica) o elektrotechniek

High-throughput technologieën versnellen de ontwikkeling van nieuwe formuleringen

Van 2 naar 3 een belangrijke stap

Gravitatiegolven & Technology Transfer

Studiegebied. (tso) Tweede graad... Techniek-wetenschappen. Derde graad...

Zo maak je materialen die zelf pijn voelen

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

Figuur 1. Schematisch overzicht van de structuur van het twee-stadia recourse model.

Stroom, spanning en weerstand. Student booklet

Materiaaltechnologie. Hoofdstuk 1

STEM. Visietekst van het GO! onderwijs van de. 28 november Vlaamse Gemeenschap

When X-Rays and Oxide Heterointerfaces Collide E. Slooten

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

Bijlage frequentieregeling Frequentieregeling

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

ZEKER WERK STERK AFDELING ELEKTRICITEIT ELEKTRICITEIT ELEKTRONICA TECHNISCH TWEEDE EN DERDE GRAAD

Samenvatting Scheikunde Scheikunde Chemie overal H1 3 vwo

Transcriptie:

Magnetron sputteren van dunne laag sensoren voor self-sensing composieten Contactpersoon/begeleiderflorian.cougnon@ugent.be Promotor diederik.depla@ugent.be Trefwoorden : composieten, sensoren, en sputterdepositie Inleiding Vezelversterkte composieten hebben een hoge specifieke stijfheid en sterkte. Ze zijn daarom erg in trek voor lichtgewicht toepassingen in de transportsector, de sport- en recreatiesector en de lucht en ruimtevaart. Vandaag de dag is er een toenemende vraag om deze composieten te voorzien van self-sensing eigenschappen. Onder een self-sensing composiet verstaan we een materiaal uitgerust met ingebedde sensoren die het mogelijk maken omgevingsfactoren zoals temperatuur, druk en belasting te monitoren. Dunne laagsensoren kunnen ingebed worden zonder grote impact op de levensduur, de integriteit, en de mechanische eigenschappen van het composiet. Dit is het belangrijkste verschil met de meer gebruikelijke vezel-, folie- of micro-sensoren. Deze veroorzaken geometrische en materiële discontinuïteiten wanneer ze in het materiaal ingebed worden. Om dunne laagsensoren te synthetiseren kan magnetron sputterdepositie gebruikt worden. Magnetron sputteren is een vacuümdepositietechniek met een dominante positie in de dunne-laag industrie. De georkestreerde samenwerking tussen magnetisme, plasma en elektrisch veld maakt het mogelijk om op metallische, oxide of nitride dunne lagen af te zetten. Tijdens het sputterproces word het bronmateriaal door een ionenbombardement tot een damp omgezet. Deze damp condenseert op een substraat onder de vorm van een dunne laag. De laagdikte varieert van enkele nanometers tot micrometers. Dunne lagen maken deel uit van je dagdagelijkse leven in toepassingen zoals touchscreen technologie voor je smartphone, TCO coatings voor zonnecellen, optische coatings voor warmtecontrole en energiebesparing in de glasindustrie, micro-elektronica en nog veel meer. Figuur 1 : Een magnetron ontlading (links) Voorbeeld van een dunne laag reksensor (rechts)

Doelstelling Het doel van deze masterproef is de ontwikkeling van een dunne-laagreksensor voor het monitoren van de vervorming van een composiet onder invloed van belasting. Om dit doel te bereiken zal de student(e) zich eerst verdiepen in de basiseigenschappen van magnetron sputteren en dunne-laaggroei, bijgestaan door theoretische modellen en analytische technieken zoals XRD en SEM. Deze kennis zal dan door de student(e) aangewend worden voor de sputterdepositie van een zelf ontworpen dunne-laagreksensoren. Finaal zullen deze sensoren in het composiet worden geïntegreerd om vervolgens getest te worden op zijn self-sensing eigenschappen. Deze masterproef is opgebouwd uit een uitdagend takenpakket waarbij de student(e) vertrekkend van fundamenteel onderzoek zal toewerken richting applicatie met een evenwichtige afwisseling tussen theoretisch en experimenteel werk. We zijn op zoek naar een enthousiaste student(e), klaar om deze uitdaging aan te gaan en zijn/ haar creatieve en wetenschappelijke geest in volle overtuiging toe te wijden aan het leveren van een bijdrage aan deze nieuwe generatie composiet materialen. Naast koffie en een bureau in de onderzoeksgroep DRAFT kan de student(e) rekenen op intensieve ondersteuning om dit onderzoek tot een goed einde te brengen. Contacteer ons via mail of kom gerust eens langs voor een verkennend gesprek op Campus De Sterre, building S1, Krijgslaan 281, 9000 Gent. We kijken er al naar uit jou te ontmoeten!

Depositie van High Entropy Alloys als contactweerstand Contactpersoon/begeleider : robin.dedoncker@ugent.be Promotor : diederik.depla@ugent.be Trefwoorden : contactweerstand, legeringen, en sputterdepositie Probleemstelling Schakelaars behoren tot de meest cruciale onderdelen in hedendaagse elektrische circuits. Deze elementen moeten enerzijds beschikken over een hoge elektrische geleidbaarheid en anderzijds erosiebestendig zijn. De meest gebruikte geleider is koper maar aangezien dit materiaal zacht is, degradeert het oppervlak snel tijdens het schakelen. Dit probleem kan opgelost worden door op het koper een dunne, goed geleidende én erosiebestendige deklaag aan te brengen, een zogenaamde coating die dienst doet als contactweerstand. Een veelbelovend concept zijn High Entropy Alloys (HEAs), waarvan het onderzoek op dunne lagen nog grotendeels onbekend terrein is. Doelstelling High Entropy Alloys zijn legeringen bestaande uit ten minste vijf verschillende metalen in equimolaire hoeveelheden. Een voorbeeld is CoCrCuFeNi, maar door de grote vrijheid aan verschillende metalen is er een enorme mogelijkheid aan combinaties. Deze legeringen hebben veelbelovende eigenschappen zoals hoge elektrische en thermische geleidbaarheid, hoge hardheid, corrosiebestendigheid, etc. Deze eigenschappen worden bepaald door de compositie en microstructuur van de dunne laag. Hierdoor spelen de depositieomstandigheden een cruciale rol en is er onderzoek nodig om deze relaties te bestuderen Grafische voorstelling van een CoCrCuFeNi-rooster De lagen worden afgezet door middel van magnetron sputtering. Dit is een magnetisch geassisteerde techniek waar ionen de kathode (ook wel target genoemd) bombarderen. De kathode bevat het gewenste materiaal en door de impact van de ionen komen de atomen uit deze kathode vrij en belanden ze in de gasfase. De losgekomen atomen botsen uiteindelijk op een substraat, waardoor er zich na bepaalde tijd een dunne film vormt. Om dunne films van HEAs te maken wordt gebruik gemaakt van poedertargets. De compositie van de target is perfect te controleren en het afwegen, mengen en persen van een nieuwe target neemt amper tijd in beslag. Deze flexibele techniek laat toe om in een onderzoekomgeving snel vele combinaties te onderzoeken en is bovendien schaalbaar naar industriële toepassingen. De contactweerstand is de weerstand die een elektrische stroom moet overkomen wanneer het door een gesloten contact vloeit. Ideale, perfecte vlakke contacten hebben geen contactweerstand. De onderstaande figuur toont de twee belangrijkste effecten die bijdragen aan de contactweestand. De oppervlakteruwheid en de hardheid van de film zorgen voor een klein, effectief contactoppervlak waardoor een constrictieweerstand

optreedt. Daarnaast is het oppervlak van de film meestal bedekt door een geadsorbeerde oxide- of sulfidelaag die minder geleidend is en een filmweerstand veroorzaakt. De contactweerstand is de som van de filmweerstand en de constrictieweerstand. (a) (b) (c) Figuur 2: (a) Het ideale (onrealistische) geval: een gesloten contact met perfecte oppervlakken, zonder contactweerstand. (b) Een beperkt aantal effectieve contactpunten zorgen voor een vernauwing van de stroomlijnen: de constrictieweerstand. (c) Een geadsorbeerde laag verlaagt de geleidbaarheid van het contactmateriaal: de filmweerstand. Om vertrouwd te geraken met poedertargets en magnetron sputteren worden eerst enkele referentiematerialen bestudeerd. Daarna wordt de stap gemaakt naar HEAs, om uiteindelijk de relaties tussen de eigenschappen van de dunne films en de contactweerstand te onderzoeken. Om hiervan een volledig beeld te krijgen wordt de microstructuur in kaart gebracht met behulp van onder andere XRD, SEM, EDX en XRR. Samenvatting We zoeken een enthousiaste student(e) met zin voor experimenteel werk. Interesse in onderzoek naar nieuwe materialen is een pluspunt. Tijdens de thesis komen zowel fundamentele onderzoeksvragen gerelateerd aan de eigenschappen van deze materialen aan bod, en je scherpt via het gebruik van en de aanpassingen aan experimentele opstellingen ook je experimentele (ingenieurs)kwaliteiten aan. We geven jou, naast een plaats en bureau, een leuke omgeving om samen te werken met verschillende onderzoekers. Samen met je begeleider zullen zij voor voldoende ondersteuning zorgen.

Ruimtelijk geresolveerd in situ bepaling van de targettoestand tijdens reactief sputter depositie Contactpersonen/begeleiders : Koen.Strijckmans@ugent.be Promotor : diederik.depla@ugent.be Trefwoorden : experimentele plasmafysica, sputterdepositie, en simulaties Reactief sputterdepositie In de hedendaagse wereld zijn dunne deklagen of coatings technologisch onmisbaar geworden. De voornaamste reden hiervoor is het belang van het oppervlak bij de interactie tussen een materiaal en zijn omgeving. Er bestaan verschillende depositietechnieken voor het aanbrengen van zulke deklagen met elk hun voor- en nadelen. Magnetron sputterdepositie neemt hier onbetwist een prominente positie in. Deze techniek is gebaseerd op een magnetisch geassisteerde gasontlading. De gevormde ionen in het plasma bombarderen de kathode of target waardoor atomen uit de target worden losgeslagen. Deze gesputterde atomen propageren vervolgens naar het substraat en condenseren tot een deklaag. Bij reactief sputteren worden ook niet-inert gassen zoals zuurstof of stikstof aan de gasontlading toegevoegd. Hierdoor kunnen ook oxiden en nitriden als deklaag met aangepaste stoichiometrie gevormd worden. Schematische voorstelling van het magnetron sputterproces RSD simulatie van de targetoxidatie. Probleemstelling De reactieve gassen interageren echter niet enkel op het substraat, maar ook op het oppervlak van de target zelf. Dit geeft aanleiding tot drastische wijzigingen in zowel de depositiecondities als in de eigenschappen van de afgezette deklaag. Fundamenteel onderzoek zowel op industrieel als op academisch niveau is hierdoor van cruciaal belang.

Binnen de onderzoeksgroep DRAFT wordt zowel op experimenteel als modeleer vlak toonaangevend onderzoek verricht naar de complexiteit van het reactief sputterproces. Dit leidde tot de ontwikkeling van een RSD model dat het proces van reactief sputter depositie beschrijft. Resultaten van dit model zijn soms echter moeilijk experimenteel te verifiëren. Zo is de gemodelleerde dynamiek van target oxidatie nog niet experimenteel bevestigd. Een mogelijke manier is om het stroomprofiel langsheen de target op te meten en zo de oxidatie graad te bepalen. Tijdens het oxideren veranderen namelijk de elektrische eigenschappen van de target wat een weerslag heeft op de gemeten stroom. Door deze stroom nu ruimtelijk geresolveerd te meten, wordt bijgevolg belangrijke informatie over de oxidatietoestand van de target verkregen. Dit stelt ons dan in staat het model verder te verfijnen en een beter begrip te krijgen over de fysica van deze depositietechniek. Doelstelling: Deze thesis is tweeledig. Enerzijds vormt de experimentele bepaling van het stroomprofiel een belangrijke uitdaging. Hiervoor zal de student(e) eigenhandig een bestaande opstelling moeten aanpassen. Handigheid, creativiteit en een probleemoplossend denkvermogen zijn hierbij zeker een troef. Deze opstelling laat dan toe om in niet-reactieve mode, de correlatie tussen het erosieprofiel en het stroomprofiel na te gaan, waarna vervolgens op een indirecte manier in reactieve mode het oxidatie profiel kan worden bepaald. Anderzijds kunnen de bekomen resultaten aan verschillende modellen worden getoetst. Hiervoor staat de RSDsoftware en een plasmacode ter beschikking dat indien nodig door de student kan aangepast of uitgebreid worden. Het fitten van de modellen aan de experimentele resultaten kan belangrijke informatie opleveren over experimenteel moeilijk te bepalen parameters. Op die manier kan het werkstuk een belangrijke bijdrage vormen tot een beter begrip en beschrijving van het reactief sputter proces. We zoeken een enthousiaste student met zin voor experimenteel en computationeel onderzoekswerk. We geven jou, naast een plaats en een bureau, fijne collega's en een leuke omgeving om te werken rondom en met verschillende onderzoekers. Samen met je begeleiders en promotoren werk je toe naar een vernieuwend en volwaardig werkstuk.