Bachelor's Thesis

Design of an ion source for sputtering

Final Thesis 2.18 MB Appendix 2.28 MB

Author of thesis: Ing. Petr Glajc

Acad. year: 2011/2012

Supervisor: prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D.

Reviewer: Ing. Stanislav Voborný, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the development of a new type of an ion source. The aim is to design a saddle-field ion source for sputtering. The unique property of the design is that it combines classical cylindrical-symmetry saddle-field ion source with a hot cathode made of tungsten. In the first part of the thesis an overview of the published research in the field of ion sources is presented. The second part deals with an electrostatic-optical design of the source and with simulations of the electrostatic field including trajectories of electrons and ions. Also a crude estimation of the source parameters is made. In the third part the construction design based on previous simulations is described.

Keywords:

ion source, saddle field, hot cathode, sputtering, EOD, construction

Date of defence

19.06.2012

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3901-3)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Petr Glajc pracoval na zvoleném tématu pečlivě, samostatně  a podařilo se mu splnit navržené cíle práce. Rozpracoval základní elektronově-optický návrh Jakuba Zlámala a na jeho základě provedl konstrukční návrh iontového zdroje. Předložený text bakalářské práce prošel z mé strany minimem korekcí a prokázal, že student je nejen výborným konstruktérem, ale také že výsledky své práce umí odpovídajícím způsobem prezentovat.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Stanislav Voborný, Ph.D.

Bakalářská práce Petra Glajce je na velmi dobré úrovni. V úvodu se zabývá základními fyzikálními ději v iontových zdrojích. Ačkoliv jedním ze dvou hlavních úkolů práce měla být rešerše problematiky iontových zdrojů, práce však zmiňuje pouze jeden druh, a to elektron-srážkové zdroje a některé jejich varianty, které jsou inspirací pro navrhovaný zdroj. Od počátečních jednoduchých návrhů ionizační komory student dosáhl postupnými úpravami modelu výrazného prodloužení trajektorie elektronů a tím vyšší účinnosti ionizace. Kromě optimalizace tvaru elektrod zdroje se student pokusil odhadnout i některé parametry iontového zdroje, které jsou však díky několika nepřesnostem při výpočtech spíše spekulativní. Např. proudová hustota elektronů z Richardsonovy rovnice (2.11) není totožná s hustotou elektronů v efektivním objemu zdroje nebo elektrický odpor vlákna vypočítaný ze vztahu (3.3) není pro zapojení vlákna podle obr. 4.3 správně. Při aplikaci iontového zdroje pro čištění substrátů není požadavek na co nejmenší energiový rozptyl kritický.
Z konstrukčního hlediska je však návrh iontového zdroje na velmi dobré úrovni. Jedná se však spíše o konstrukční návrh ionizační komory a nosné příruby než o celý iontový zdroj, v práci je pouze zmínka o extrakční optice iontového zdroje. Také zde není řešen problém s pronikáním vysokého potenciálu do vakuové komory. Tyto další nezbytné kroky návrhu iontového zdroje by však již vybočovaly z obvyklého rozsahu kladeného na bakalářské práce. V práci mi chybí úvaha o vlivu vlákna na chování zdroje se sedlovým polem. Ačkoliv je na něm potenciál stejný jako na hlavním tělese zdroje, do ionizační komory vnáší jistou nesymetrii.
Práce je velmi přehledná, s minimem stylistických a pravopisných chyb (jeden špatný odkaz na obr., Wiennův filtr místo Wienův filtr, Jakub Zlámal je v práci na rozdíl od ostatních uveden bez titulu a několik dalších). Obsáhlá příloha zahrnuje výkresovou dokumentaci rovněž na vysoké úrovni. Oponent je velmi zvědav na výsledky testování iontového zdroje. Celkově práci hodnotím jako velmi zdařilou, doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Jaký je správný tepelný výkon vlákna pro zapojení dle obr. 4.3(a)?
  2. Čím je způsobena nesymetrie rozložení míst ionizace atomů v iontovém zdroji? Byl tento výpočet proveden opakovaně?
  3. Popište, jak vznikl graf na obr. 3.4. Jakých energií dosahují elektrony uvnitř zdroje? Dochází k vícenásobné ionizaci?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová