Das DC-Magnetron-Sputtern ist ein Verfahren zur physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), mit dem dünne Schichten auf Substrate aufgebracht werden.
Die 6 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Aufbau der Vakuumkammer
Das Zielmaterial (die zu beschichtende Substanz) wird in einer Vakuumkammer parallel zum Substrat (dem zu beschichtenden Objekt) angeordnet.
Die Kammer wird zunächst evakuiert, um Gase und Verunreinigungen zu entfernen.
Dann wird sie mit einem hochreinen Inertgas, in der Regel Argon, gefüllt.
2. Anlegen von elektrischem Strom
Ein elektrischer Gleichstrom, in der Regel im Bereich von -2 bis -5 kV, wird an das Targetmaterial angelegt, das als Kathode fungiert.
Dadurch wird am Target eine negative Vorspannung erzeugt.
Gleichzeitig wird eine positive Ladung an das Substrat angelegt, das somit als Anode fungiert.
3. Erzeugung des Plasmas und Sputtern
Das angelegte elektrische Feld ionisiert das Argongas, wodurch ein Plasma entsteht.
Dieses Plasma enthält positiv geladene Argon-Ionen.
Unter dem Einfluss des elektrischen Feldes werden diese Ionen in Richtung des negativ geladenen Targets beschleunigt.
Beim Aufprall lösen sie Atome aus dem Targetmaterial in einem Prozess, der als Sputtern bezeichnet wird.
4. Abscheidung eines Dünnfilms
Die ausgestoßenen Targetatome bewegen sich in einer Sichtlinienverteilung.
Sie kondensieren auf der Oberfläche des Substrats und bilden einen dünnen Film.
5. Die Rolle des Magnetfeldes
Beim Magnetronsputtern wird ein starkes Magnetfeld in der Nähe des Targets erzeugt.
Dieses Magnetfeld veranlasst die Elektronen im Plasma, sich entlang der magnetischen Flusslinien zu bewegen, wodurch das Plasma in der Nähe des Targets eingeschlossen wird.
Dieser Einschluss erhöht die Ionisierung des Gases und die Sputterrate.
Die Elektronen werden daran gehindert, das Substrat zu erreichen, und bleiben stattdessen in der Nähe des Targets, wodurch die Plasmadichte erhöht wird.
6. Vorteile und Anwendungen
Das DC-Magnetron-Sputtern wird wegen seiner hohen Abscheideraten und der Möglichkeit, große Substrate mit reinen Metallen wie Eisen, Kupfer und Nickel zu beschichten, bevorzugt.
Es ist relativ einfach zu steuern und kostengünstig, wodurch es sich für verschiedene industrielle Anwendungen eignet.
Dieses Verfahren ist eine grundlegende Methode für die Herstellung verschiedener elektronischer und optischer Komponenten und ermöglicht präzise und effiziente Beschichtungen.
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