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Trasformazione di uno strumento di deposizione di film sottili (Sputtering) per applicazioni custom
Reference persons MARCELLO CHIABERGE, MONICA FERRARIS
External reference persons Ing. Sergio Perero (DISAT)
Thesis type SPERIMENTALE APPLICATA
Description Il sistema di deposizione di film sottili “sputtering” è parte della famiglia delle tecniche di deposizione PVD (Physical Vapour Deposition), ossia quell’insieme di tecniche che permettono di estrarre atomi o cluster di atomi da un materiale massivo identificato come target e depositarli su un substrato in forma di film sottile.
I film sottili nanometrici, hanno proprietà completamente differenti dal materiale da cui derivano e permettono quindi di funzionalizzare le superfici per applicazioni che vanno dalla meccanica, all’elettronica, all’energetica, al settore automotive e biomedico.
Molti degli oggetti con cui quotidianamente interagiamo hanno una superficie coperta da un coating, spesso realizzato mediante tecniche PVD. Si pensi ad esempio ai rubinetti/miscelatori, a molte parti interne ed esterne dell’auto, agli utensili meccanici quali punte trapano o altro.
Tra le tecniche PVD, lo sputtering è senza dubbio una delle più diffuse a livello industriale per la sua modulabilità e versatilità.
Nel processo di sputtering l’estrazione degli atomi, avviene per mezzo di un bombardamento ionico della superficie del target che genera una emissione di atomi slegati tra loro, quindi virtualmente un “vapore” di atomi, i quali andranno poi a raggiungere la superficie del substrato e, in funzione di diversi parametri quali: energia della superficie, energia cinetica degli atomi in arrivo, affinità elettrochimica tra atomi e substrato, temperatura, pressione, ed altro, daranno avvio alla formazione di un film sottile.
Gli ioni sono generati in un plasma che è ottenuto applicando un forte campo elettrico ad un gas rarefatto e a bassa pressione in una opportuna camera di deposizione. Sempre mediante campo elettrico, gli ioni sono accelerati sopra il target.
Il sistema di deposizione via sputtering presente presso i laboratori del Politecnico di Torino -DISAT è composto da:
• Una camera di deposizione (in acciaio)
• Due generatori di potenza che possono erogare rispettivamente tensione e corrente in modo controllato in forma di corrente continua (DC, max 1500 W), in forma di radiofrequenza (RF, 13.5 MHz, max 300 W).
• Un sistema di impedenza variabile, retro-azionato che permette di ottimizzare il trasferimento di energia tra generatore RF (impedenza fissa) e carico (impedenza variabile). Tale dispositivo è chiamato “matching box”.
• Un sistema di catodo – anodo dove applicare il campo elettrico e ionizzare il gas, nonché posizionare il materiale da estrarre (target). Comunemente tale dispositivo è detto “catodo”.
• Un sistema dove posizionare il materiale da rivestire (substrato), comunemente detto “porta campioni”, dotato di motore per la rotazione uniassiale.
• Un sistema di pompaggio per realizzare il vuoto nella camera di deposizione, composto da una pompa rotativa ed una pompa turbomolecolare.
• Un sistema di valvole di ingresso ed uscita che permettono di controllare la pressione interna della camera prima e durante la deposizione, nonché l’ingresso e l’uscita del gas (tipicamente Argon [Ar]) che è utilizzato per generare gli ioni.
• Un sistema di sensori di bassa ed alta pressione per monitorare la pressione, o il vuoto, in camera.
Attualmente lo sputtering in oggetto è gestito mediante un sistema elettromeccanico di relè che assolve il compito di proteggere i componenti da errori umani e automatizzare in parte le procedure.
Lo scopo della tesi e’ di mettere a disposizione del tesista l’attrezzatura di sputtering, con l’obiettivo di aggiornare ai moderni standard di automazione e controllo mediante PC tutto il sistema, in modo da permettere di monitorare ed ottimizzare poi i parametri di processo e al fine di ottenere rivestimenti innovativi e custom.
La tesi si svolgera’ anche in collaborazione con aziende produttrici di sputtering, nell’ambito di un progetto EU.
Required skills Modellistica e simulazione
System engineering
Sensori e trasduttori
Controlli
Deadline 09/01/2024
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