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Title
As-deposited V O2 Thin Films by Reactive DC Magnetron Sputtering at Reduced Target Cooling / von Anatol Beck
Additional Titles
As-deposited V O2 Thin Films by Reactive DC Magnetron Sputtering at Reduced Target Cooling
AuthorBeck, Anatol
Thesis advisorEisenmenger-Sittner, Christoph
PublishedWien, 2019
Description140 Seiten
Institutional NoteTechnische Universität Wien, Diplomarbeit, 2019
Annotation
Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprueft
LanguageEnglish
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)Thermochromie / Elektriochromie / Vanadiumoxid
Keywords (EN)Thermocromy / Electrochromy / Vanadia
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-120158 Persistent Identifier (URN)
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As-deposited V O2 Thin Films by Reactive DC Magnetron Sputtering at Reduced Target Cooling [11.64 mb]
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Abstract (German)

Der Fokus dieser Diplomarbeit ist die Erzeugung von dünnen Vanadiumdioxid Schichten auf Glas mittels reaktivem DC Magnetronsputtern bei verschiedenen Target-Temperaturen von 18 C (volle Kühlung) bis etwa 700 C. Vanadiumdioxid ist ein thermochromes Material, welches bei einer Temperatur von circa 68 C einen Übergang von einer halbleitenden in eine metallische Phase erfährt (SMT). Die Kristallstruktur ändert sich dabei von monoklin zu tetragonal, wobei die elektrische Leitfähigkeit zunimmt und die Transmission im Infrarot-Bereich abnimmt. Bei dünnen Schichten ist der Übergang in die metallische Phase zumeist bei einer höheren Temperatur als der umgekehrte Prozess, was zur Ausbildung einer Hysterese führt. Es sind diese Eigenschaften, welche Vanadiumdioxid zu einem der interessantesten Materialen in der Halbleitertechnik und Dünnschicht-Technologie für Temperatur-gesteuerte Systeme werden liess. Die Einsatzmöglichkeiten reichen von intelligenten Gläsern, welche bei einer bestimmten Temperatur ihre Transmission ändern über optische Schalter bis hin zu Speichergeräten. DC Magnetronsputtern wiederum ist eine weithin gängige Methode zur Erzeugung hochwertiger, dünner Schichten in Industrie und Forschung. Im Zuge dieser Arbeit wurde jedoch festgestellt, dass Vanadiumdioxid Schichten mittels reaktivem Magnetronsputtern und bei voller Kühlung des Targets nur schwer herzustellen sind, da sich neben dem gewünschten Oxid verschiedene Vanadiumoxide mit ählicher Bindungsenthalpie bilden, welche den Phasenübergang behindern. Den zentralen Ansatz meiner Experimente stellte das schrittweise Erhöhen der Target-Temperatur, durch sukzessive Reduktion der Kontaktäche zwischen Target und Kühlsystem dar. Dabei wurde die Auswirkung der Target-Temperatur auf den Sputter-Prozess und die Eigenschaften der Schichten untersucht. Aus diesem Grund war es erforderlich die Target-Temperatur zu bestimmen, was durch indirekte Messmethoden getan wurde. Die Messwerte stimmen qualitativ mit der erarbeiteten Theorie überein, wenn auch keine quantitativen Aussagen möglichen waren. Es zeigte sich, dass die Erhöhung der Target-Temperatur zu einer Verbesserung der Thermochromie sowie der Reproduzierbarkeit der Schichten führt. Die Auswertungen ergaben zudem einen Trend zu gröÿeren Widerstandsänderungen und schmäleren Hysteresen mit abnehmender Kontaktäche. Die Resultate dieser Arbeit stellen einen vielversprechenden Ansatz für weitere Forschungen dar, in welchen die Auswirkungen der Target-Temperatur auf den reaktiven Sputter-Prozess und insbesondere die Erzeugung hochwertiger Vanadiudioxid Schichten fokussiert werden.

Abstract (English)

This work is focused on the production of vanadium dioxide thin lms onto glass substrates by reactive DC magnetron sputtering at elevated target temperature between full target cooling (18 C) and about 700 C. Vanadium dixode is thermochromic and exhibits a transition from a semiconducting (monoclinic) to a metallic (tetragonal) phase (SMT) at about 68 C in bulk. The transition is accompanied by an increase in electrical conductivity as well as a decrease of transmittance in the infrared region. In thin lms the SMT shows additionally a hysteresis behaviour. For these properties vanadium dioxide thin lms are an intensively studied topic in research for temperature driven devices such as smart windows, optical switching or memory devices. DC magnetron sputtering allows the production of high qualitiy thin lms and is therefore widely used in research and industry. However, during this work it could be shown that vanadium dioxide thin films are very dicult to produce and stabilize with reactive DC magnetron sputtering at full target cooling, as many oxides of vanadium have similar bond enthalpies close to the one of vanadium dioxide. As a further approach, the target cooling was gradually decreased by reducing the contact area between cooling system and target to investigate the inuence on the sputter process and oxide lm properties. The target temperature was therefore measured indirectly during the sputter process. Within this thesis, the temperature could only be assesed qualitatively but is was conrmed to rise when the contact area is reduced. The production of thin films at elevated target temperatures was found to clearly enhance not only the thermochromic properties and thus the stabilization of vanadium dioxide but also the reproducability. Further, an over all trend of increasing conductivity and smaller hysteresis width towards smaller contact areas between target and cooling system could be demonstrated. The results of this thesis could open up promising opportunities for further reseach on the inuence of the target temperature on the reactive sputter process and especially the production of high quality vanadium dioxide thin films.

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