Atmospheric Pressure Microwave Plasma Jet for Organic Thin Film Deposition
Loading...
Date
2020-02-06
ORCID
Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
MDPI
Altmetrics
Abstract
In this work, the potential of a microwave (MW)induced atmospheric pressure plasma jet (APPJ) in film deposition of styrene and methyl methacrylate (MMA) precursors is investigated. Plasma properties during the deposition and resultant coating characteristics are studied. Optical emission spectroscopy (OES) results indicate a higher degree of monomer dissociation in the APPJ with increasing power and a carrier gas flow rate of up to 250 standard cubic centimeters per minute (sccm). Computational fluid dynamic (CFD) simulations demonstrate nonuniform monomer distribution near the substrate and the dependency of the deposition area on the monomercontaining gas flow rate. A nonhomogeneous surface morphology and topography of the deposited coatings is also observed using atomic force microscopy (AFM) and SEM. Coating chemical analysis
and wettability are studied by XPS and water contact angle (WCA), respectively. A lower monomer flow rate was found to result in a higher C–O/C–C ratio and a higher wettability of the deposited coatings.
V této práci je zkoumán potenciál využití mikrovlnně indukovaného plazmového jetu generovaného za atmosférického tlaku (APPJ) při depozici tenkých filmů z prekurzorů styrenu a metyl-metakrylátu (MMA). Studovány jsou vlastnosti plazmatu během depozice a charakterizace výsledných vrstev. Výsledky z optické emisní spektrometrie (OES) ukazují na vysoký stupeň disociace monomeru v APPJ s rostoucím výkonem a při průtoku nosného plynu do 250 sccm. Simulace pomocí metody CFD ukázala na nejednotnou distribuci monomeru v blízkosti substrátu a závislost oblasti depozice na průtoku plynu obsahujícího monomer. Nehomogenní morfologie a topografie povrchu deponované vrstvy byla také pozorována pomocí mikroskopie atomárních sil (AFM) a SEM. Chemická analýza vrstvy a její smáčivost byly studovány pomocí XPS, respektive měření kontaktního úhlu vody (WCA). Bylo zjištěno, že nižší průtok monomeru vede k vyššímu poměru C–O/C–C a vyšší smáčivosti deponované vrstvy.
V této práci je zkoumán potenciál využití mikrovlnně indukovaného plazmového jetu generovaného za atmosférického tlaku (APPJ) při depozici tenkých filmů z prekurzorů styrenu a metyl-metakrylátu (MMA). Studovány jsou vlastnosti plazmatu během depozice a charakterizace výsledných vrstev. Výsledky z optické emisní spektrometrie (OES) ukazují na vysoký stupeň disociace monomeru v APPJ s rostoucím výkonem a při průtoku nosného plynu do 250 sccm. Simulace pomocí metody CFD ukázala na nejednotnou distribuci monomeru v blízkosti substrátu a závislost oblasti depozice na průtoku plynu obsahujícího monomer. Nehomogenní morfologie a topografie povrchu deponované vrstvy byla také pozorována pomocí mikroskopie atomárních sil (AFM) a SEM. Chemická analýza vrstvy a její smáčivost byly studovány pomocí XPS, respektive měření kontaktního úhlu vody (WCA). Bylo zjištěno, že nižší průtok monomeru vede k vyššímu poměru C–O/C–C a vyšší smáčivosti deponované vrstvy.
Description
Keywords
atmospheric pressure plasma jet (APPJ), microwave (MW) discharge, thin film deposition, optical emission spectroscopy (OES), Comsol MultiPhysics, methyl methacrylate (MMA), styrene, plazmový jet za atmosférického tlaku (APPJ), mikrovlnný (MW) výboj, depozice tenkých vrstev, optická emisní spektrometrie, Comsol MultiPhysics, metyl-metakrylát (MMA), styren
Citation
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en