PROBLĒMAS APRAKSTS

Daudzām modernās enerģētikas ierīcēm, piemēram, saules bateriju paneļiem, datoru un TV displejiem, ir vajadzīgi caurspīdīgu vadošu oksīdu (TCO) pārklājumi, kas paver nozīmīgu komerciālu iespēju nodrošināt iekārtas šādu TCO pārklājumu iegūšanai. Pirmā problēma ir: patlaban pieejamās iekārtas šādu TCO pārklājumu ražošanai balstās uz dārgo indija oksīda (ITO) materiālu kā starta izejvielu, lai ražotu TCO pārklājumus ar augstāko kvalitāti. Otra problēma ir tāda, ka ražošanas procesam nedrīkst būt negatīva ietekme uz vidi. LU CFI vēlas izstrādāt pamata tehnoloģijas ar daudz zemākām TCO plāno kārtiņu pārklājumu izmaksām, kas var tikt ietvertas jaunā iekārtu sistēmā ar impulsa HIPIMS magnetrona avotu, kas balstās uz (i) alumīnija (Al) (AZO), (ii) molibdēna (Mo) (MZO), (iii) gallija (Ga) cinka oksīdu (GaZO), kā arī (iv) uz daudzslāņu cinka oksīdu ZnO/Me/ZnO pārklājumu (Me=Ni, Mo,..). Trešā problēma: jauno TCO iegūšana ir sarežģīta tehnoloģiska problēma, jo lielākā daļa vadītāju ir optiski necaurspīdīgi un vairums caurspīdīgo materiālu ir izolatori, tikai dažiem materiāliem piemīt abas īpašības. šis efekts ir ārkārtīgi rets (retāks nekā supravadāmība) un ir novērots tikai dažos vienkāršos oksīdos. Lai iegūtu labu elektrisko vadāmību, materiālā jāievada elektronu atdodošus stabilus seklus piemaisījumus (donorus), kas pati par sevi ir netriviāla problēma. Piemaisījumu ievadīšana materiālā un lādiņu kompensācija tiek pavadīta ar skābekļa nestehiometriju (skābekļa vakanču rašanās). Optimālai piemaisījumu un ārējo apstākļu izvēlei (piemaisījumu koncentrācija, temperatūra, gāzes spiediens) ir nepieciešama visa procesa teorētiska analīze, īpaši akcentējot defektu ķīmiju un dažādu procesu un piemaisījumu enerģētiku.

Impulsa HIPIMS magnetrona avots varētu darboties kā viena no metodēm strukturāli ļoti kvalitatīvu pārklājumu iegūšanai vakuuma pārklājumu nozarē. šī metode atļautu ļoti plašās robežās mainīt izsmidzināšanas ātrumu un materiāla kondensēšanās ātrumu. Kā izsmidzināmais materiāls var kalpot metāli, sakausējumi, keramiskie un citi materiāli. Parasti izsmidzināšanai tiek izmantota neitrāla gāze un pievienojot reaktīvo gāzi (skābekli), var iegūt metāla oksīdus.

Impulsa HIPIMS magnetrona avotu priekšrocība vakuuma pārklājumu uznešanai salīdzinoši ar parasto DC magnetronu izsmidzinātājiem ir tāda, ka to darbība notiek pakāpi zemākā vakuumā. Tas dod iespēju samazināt gāzu apjomu un enerģijas izmantošanu vakuuma pārklājumos un iegūt daudz kvalitatīvākus nepieciešamo materiālu nanoslāņus. Impulsa HIPIMS magnetrona avotiem ir arī virkne citu plusu: liels izsmidzināšanas ātrums, skaidra jonu plūsmas leņķa ietekme pārklājuma veidošanā, liels izmidzināmā materiāla izmantošanas koeficients, iespēja pārklāt lielus objektus.

LU CFI ir secināts, ka šobrīd pasaulē augstāk aprakstītā tehnoloģija HIPIMS TCO laboratorijas apstākļos tiek izmantota tikai Vācijā (pētījumus par iespējamību izmantot veic arī ASV un Japānā) un visas nozares attīstības nolūkos ir nepieciešams veikt šāda veida rūpniecisko pētījumu, tādējādi alternatīvu konkrētajam pētījumam praktiski nav. Patentus šāda veida tehnoloģijai iegādāties nav iespējams. Pastāv tikai iespējamie problēmu risinājuma veidi pašā uzņēmumā, jo iegādāties jau gatavu tehnoloģiju nav iespējams.

Projekta ietvaros tika izvēlēta rūpnieciskā pētījuma veikšana pamatā pašu spēkiem, jo tas ir vienīgais un ilgtermiņā visizdevīgākais variants, kuru veiksmīgas projekta realizācijas rezultātā varētu izmantot kā efektīvu un ekonomiski izdevīgu tehnoloģiju vakuuma pārklājumu iekārtās - gan ruļļu, gan nepārtrauktas darbības plākšņu tipa iekārtās.