Atomikerroskasvatuksella valmistettujen ohutkalvopinnoitteiden käyttö lasin taivutuslujuuden parantamisessa

Abstract

Tämä työ käsittelee Beneq Oy:n Espoon puhdastiloissa tehtyä tutkimusta lasin vahvistamisesta atomikerroskasvatusmenetelmällä. Ohutkalvojen kasvatuksen optimointia edelsi selvitys parhaista toimintatavoista lasin lujuuden testaamisessa, johon liittyy mm. lasin leikkaaminen, peseminen, laminointi, ja taivutuslujuuden selvittäminen (ml. luotettavuusanalyysi).

Erityyppisten lasikappaleiden pinnoille kasvatettiin pääasiassa trimetyylialumiinista (TMA) ja vedestä tehtyä alumiinioksidia (Al2O3). Ohutkalvojen paksuuden (5-100nm) sekä niiden kasvatusprosessilämpötilan (100-475°C) vaikutusta lasin lujuuteen tutkittiin standardoiduilla taivutuskokeilla. Kalvojen paksuudet ja niiden konformaalisuus mitattiin ellipsometrilla.

Tutkimuksen tulokset osoittivat, että atomikerros kasvatusta voidaan käyttää lasin vahvistuksessa teollisessakin mittakaavassa mm. sen luotettavuuden, toistettavuuden, ja ohutkalvon konformaalisuuden ansiosta. Vahvistuksen määrä riippuu pitkälti lasityypistä ja lasin esikäsittelystä. Kemiallisesti vahvistettua lasia saatiin vahvistettua vain jonkin verran, mutta sen sijaan kemiallisesti vahvistamaton lasi vahvistui entisestään suurimmassa osassa tapauksia vähintäänkin merkittävästi, riippuen testausmenetelmästä, lasityypistä, ja vertailumittarista.

This work is a study of glass strengthening by atomic layer deposition (ALD) conducted at the cleanroom facilities of Beneq Oy in Espoo, Finland. Optimization of ALD process parameters was preceded by an investigation of best practices for testing glass, including but not limited to cutting, washing, lamination, and exural testing (including reliability analysis) of glass.

Glass substrates were encapsulated primarily with Al2O3 lms using trimethylaluminum (TMA) and H2O as precursors. The e ect of lm thickness (between 5-100nm) and reaction temperature (100-475°C) on glass strength was studied by standardized bending tests. Film thickness and uniformity were veri ed by ellipsometry.

The results indicated that atomic layer deposition, partly due to its reliability, repeatability, and layer thickness conformity even in large batches can be used to strengthen glass for industrial scale applications. The amount of improvement in strength is largely dependent on the type of glass and its pre-ALD treatment. While little improvement was achieved with chemically strengthened glass, glass without chemical strengthening showed in most cases very good or at least signi cant improvement depending on the applied test method, type of glass and the meter used for comparison.