Thin film coatings by atomic layer deposition for improvement of the flexural strength of glass

Thumbnail Image

Files

master_Lapinsuo_Sakari_2013.pdf (8.23 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2013-06-10

Department

Department of Micro and Nanotechnology
Mikro- ja nanotekniikan laitos

Major/Subject

Mikro- ja nanotekniikka

Mcode

S3010

Degree programme

EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka

Language

en

Pages

63+7

Series

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.

Description

Supervisor

Tittonen, Ilkka

Thesis advisor

Jylhä, Olli

Keywords

ALD, atomic layer deposition, glass, strengthening, reinforcement, aluminum oxide, Al2O3, ball-on-ring, BOR, 4PB, bending test, flexural strength

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201307137203

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC