Mezinárodní spolupráce podpořená projektem Physics for Future (P4F) přinesla novou diagnostickou metodu pro přesnější řízení plazmatických depozičních procesů. Českému a švédskému vědeckému týmu se podařilo propojit dva originální přístupy k diagnostice plazmatu a vytvořit experimentální systém, který pomáhá zpřesnit přípravu tenkých vrstev oxidu vanadičitého (VO₂). Metoda má potenciál zpřesnit například výrobu termochromních vrstev pro inteligentní okna i polovodivých a optických tenkých vrstev využívaných například v optických senzorech, detektorech nebo fotonických zařízeních.
Celý projekt vychází z dlouhodobé spolupráce vědců z Fyzikálního ústavu AV ČR a Linköpingské univerzity. Ve Fyzikálním ústavu AV ČR vyvinuli výzkumníci radiofrekvenční (RF) sondu pro měření parametrů plazmatu. Tým profesora Daniela Lundina ze Švédska zase přišel s myšlenkou využít během depozičního procesu jako diagnostickou sondu samotný magnetronový terč. Spojením obou přístupů vznikl unikátní experimentální systém, který umožňuje sledovat průběh plazmatického procesu bez nutnosti zasahovat do depoziční komory.
Další významný impuls dala této spolupráci iniciativa Physics for Future. V jejím rámci přijela na Fyzikální ústav AV ČR postdoktorandka Xiao Li, která na společném experimentálním systému získala rozsáhlý soubor dat o chování plazmatu při přípravě vrstev oxidu vanadičitého. Jejich analýza umožnila lépe porozumět fyzikálním souvislostem celého procesu a ukázala, které parametry plazmatu nejlépe vypovídají o jeho stabilitě a mohou sloužit k jeho přesnějšímu řízení.
„Na celém projektu bylo nejcennější propojení různých odborností i zkušeností. Díky jedinečné experimentální sestavě a rozsáhlému souboru naměřených dat jsme dokázali lépe pochopit chování plazmatu během depozice a identifikovat parametry, které jsou pro řízení procesu nejdůležitější. Tyto poznatky mohou pomoci nejen dalšímu výzkumu, ale i budoucímu využití plazmatických technologií v průmyslu,“ říká Zdeněk Hubička, vedoucí Oddělení nízkoteplotního plazmatu Sekce optiky.
Schematické diagramy uspořádání pro charakterizaci plazmatu pomocí RF Sobolewského sondy (a) na straně substrátu a (b) na straně terče.
Ačkoli byla metoda ověřena při přípravě vrstev oxidu vanadičitého, její potenciál je výrazně širší. Řízení reaktivního procesu HiPIMS je důležité nejen pro výrobu termochromních vrstev VO₂, ale představuje také perspektivní přístup k přípravě dalších polovodivých a optických tenkých vrstev pomocí pulzních magnetronových depozičních metod.
Rozsáhlý experimentální soubor dat navíc dnes slouží jako podklad pro vývoj algoritmů umělé inteligence a strojového učení. Jejich cílem je naučit systémy rozpoznávat stav plazmatického procesu v reálném čase a v budoucnu umožnit jeho inteligentní automatické řízení.
„Tento výsledek je skvělým příkladem toho, jak mezinárodní spolupráce zrychluje propojení špičkového základního výzkumu s perspektivou praktického využití. Spojením českého vývoje diagnostických metod se zkušenostmi švédských kolegů vznikl jedinečný experimentální systém, který nám pomohl lépe porozumět plazmatickým procesům. Současně vytvořil základ pro nové diagnostické technologie s významným potenciálem pro budoucí spolupráci s průmyslem a jejich postupný přenos do praxe,“ říká Alexandr Dejneka, vedoucí Sekce optiky Fyzikálního ústavu AV ČR.
Výsledky výzkumu byly publikovány v časopise Plasma Sources Science and Technology.