Metallsputtern ist ein plasmagestütztes Abscheideverfahren, das zur Herstellung dünner Schichten auf Substraten verwendet wird.
Bei diesem Verfahren werden energiereiche Ionen auf ein Zielmaterial, in der Regel ein Metall, geschleudert.
Wenn die Ionen auf das Target treffen, werden Atome aus dessen Oberfläche herausgeschleudert oder gesputtert.
Diese gesputterten Atome wandern dann zum Substrat und werden in eine wachsende Schicht eingebaut.
Wie funktioniert das Metallsputtern? Die 5 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Einrichten der Vakuumkammer
Der Sputterprozess beginnt damit, dass das Zielmaterial und das Substrat in eine Vakuumkammer gebracht werden.
In die Kammer wird ein Inertgas, z. B. Argon, eingeleitet.
Mit Hilfe einer Stromquelle werden die Gasatome ionisiert, wodurch sie eine positive Ladung erhalten.
Die positiv geladenen Gas-Ionen werden dann von dem negativ geladenen Zielmaterial angezogen.
2. Ionenkollision und Sputtern
Wenn die Gasionen mit dem Zielmaterial zusammenstoßen, verdrängen sie dessen Atome und zerlegen sie in einen Sprühnebel aus Teilchen.
Diese Partikel, die als Sputterpartikel bezeichnet werden, durchqueren die Vakuumkammer und landen auf dem Substrat, wo sie eine dünne Schicht bilden.
Die Geschwindigkeit des Sputterns hängt von verschiedenen Faktoren wie Stromstärke, Strahlenergie und den physikalischen Eigenschaften des Zielmaterials ab.
3. Magnetronzerstäubung
Das Magnetronsputtern ist eine spezielle Art der Sputtertechnik, die gegenüber anderen Vakuumbeschichtungsmethoden Vorteile bietet.
Es ermöglicht hohe Abscheidungsraten, die Fähigkeit, jedes Metall, jede Legierung oder Verbindung zu sputtern, hochreine Schichten, eine hervorragende Abdeckung von Stufen und kleinen Merkmalen sowie eine gute Haftung der Schichten.
Es ermöglicht auch die Beschichtung hitzeempfindlicher Substrate und bietet Gleichmäßigkeit auf großflächigen Substraten.
4. Energieübertragung und Sputtern
Beim Magnetronsputtern wird eine negative Spannung an das Targetmaterial angelegt, die positive Ionen anzieht und eine hohe kinetische Energie erzeugt.
Wenn die positiven Ionen mit der Oberfläche des Targets kollidieren, wird Energie auf den Gitterplatz übertragen.
Wenn die übertragene Energie größer ist als die Bindungsenergie, entstehen primäre Rückstoßatome, die mit anderen Atomen zusammenstoßen und ihre Energie über Kollisionskaskaden verteilen können.
Sputtern tritt auf, wenn die in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche übertragene Energie größer ist als etwa das Dreifache der Oberflächenbindungsenergie.
5. Anwendungen und Vorteile
Insgesamt ist die Metallzerstäubung ein vielseitiges und präzises Verfahren zur Herstellung dünner Schichten mit spezifischen Eigenschaften wie Reflexionsvermögen, elektrischem oder ionischem Widerstand und mehr.
Es findet in verschiedenen Branchen Anwendung, darunter Mikroelektronik, Displays, Solarzellen und Architekturglas.
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