Design and development of an experimental setup for TiZrV NEG coating on copper substrate

This thesis presents the design and implementation of an experimental setup for the deposition of titanium-zirconium-vanadium (TiZrV) non-evaporable getter (NEG) coatings on copper substrates. A comprehensive theoretical framework is first developed, covering thin-film growth mechanisms, plasma generation and sheath dynamics, and the fundamentals of DC magnetron sputtering. The work then details the engineering of an ultra-high vacuum (UHV) system, including the selection and integration of turbomolecular and scroll pumps, vacuum valves, and pressure gauges. The design of the magnetic-field generation coil and power-supply configuration are presented. Thermal-management configurations for the target and substrate were also developed within this study. Finally, diagnostic and characterization methods are outlined, encompassing Langmuir-probe measurements with RF compensation, residual-gas analyzer (RGA), film-thickness and morphology assessment, and evaluation of getter performance via pressure-recovery tests. The resulting guide and preliminary project serve as the road map for further construction of the DC-magnetron vacuum system, enabling in particular uniform, high-performance NEG coatings on copper substrates. With minor modifications, the proposed vacuum system can also be used for future production and research activities in the field of various thin-film depositions via PVD techniques.

Questa tesi presenta la progettazione e l’implementazione di un apparato sperimentale per la deposizione di rivestimenti getter non evaporabili (NEG) a base di titanio-zirconio-vanadio (TiZrV) su substrati di rame. Viene sviluppato un quadro teorico completo che include i meccanismi di crescita dei film sottili, la generazione del plasma e la dinamica dello sheath, nonché i fondamenti dello sputtering magnetron in corrente continua (DC). Il lavoro prosegue con la progettazione ingegneristica di un sistema in ultra-alto vuoto (UHV), comprendente la selezione e l’integrazione di pompe turbomolecolari e scroll, valvole da vuoto e strumenti per la misura della pressione. Vengono inoltre presentate la configurazione per la generazione del campo magnetico tramite bobina e la scelta dell’alimentatore elettrico. Lo studio include anche lo sviluppo delle soluzioni per la gestione termica del target e del substrato. Infine, vengono descritte le tecniche di diagnostica e caratterizzazione: misure con sonda di Langmuir con compensazione RF, analisi dei gas residui (RGA), valutazioni dello spessore e della morfologia dei film, e test delle prestazioni getter attraverso misure di recupero della pressione. La guida progettuale e il progetto preliminare ottenuti costituiscono la road map per la realizzazione futura di un sistema a magnetron DC, finalizzato in particolare alla deposizione uniforme e ad alte prestazioni di film NEG su substrati di rame. Con modifiche minime, il sistema proposto è inoltre adattabile alla produzione e all’attività di ricerca future nell’ambito della deposizione di diversi rivestimenti sottili tramite tecniche PVD.