Plasmasputtern ist ein Verfahren, das bei der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) zur Abscheidung dünner Schichten auf einem Substrat eingesetzt wird.
Dabei werden Atome aus der Oberfläche eines Zielmaterials herausgeschleudert, wenn sie von hochenergetischen Teilchen, in der Regel Ionen aus einem Plasma, getroffen werden.
Hier finden Sie eine detaillierte Erklärung, wie das Plasmasputtern funktioniert:
Die 5 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Bildung eines Plasmas
Der Prozess beginnt mit der Einleitung eines Edelgases, in der Regel Argon, in eine Vakuumkammer.
Der Druck in der Kammer wird auf einem bestimmten Niveau gehalten, normalerweise bis zu 0,1 Torr.
Mit einer Gleichstrom- oder Hochfrequenzquelle wird das Argongas dann ionisiert, wodurch ein Plasma entsteht.
Dieses Plasma enthält Argon-Ionen und freie Elektronen, die sich nahezu im Gleichgewicht befinden.
2. Ionenbombardement
In der Plasmaumgebung werden die Argon-Ionen durch Anlegen einer Spannung auf das Targetmaterial (Kathode) beschleunigt.
Das Target ist das Material, aus dem die Atome gesputtert werden sollen.
Wenn diese Ionen auf das Target treffen, übertragen sie ihre Energie auf die Target-Atome, so dass einige von ihnen aus der Oberfläche herausgeschleudert werden.
Dieser Vorgang wird als Sputtern bezeichnet.
3. Sputtering-Rate
Die Rate, mit der Atome aus dem Target gesputtert werden, wird von mehreren Faktoren beeinflusst, darunter die Sputterausbeute, das Molgewicht des Targets, die Materialdichte und die Ionenstromdichte.
Die Sputterrate kann mathematisch wie folgt dargestellt werden: [ \text{Sputtering rate} = \frac{MSj}{pN_Ae} ] wobei ( M ) das Molgewicht des Targets, ( S ) die Sputterausbeute, ( j ) die Ionenstromdichte, ( p ) die Materialdichte, ( N_A ) die Avogadrosche Zahl und ( e ) die Ladung eines Elektrons ist.
4. Abscheidung eines Dünnfilms
Die aus dem Target herausgeschleuderten Atome wandern durch das Plasma und lagern sich schließlich auf einem Substrat ab und bilden einen dünnen Film.
Dieser Abscheidungsprozess ist entscheidend für Anwendungen, die präzise und hochwertige Beschichtungen erfordern, wie z. B. bei LED-Anzeigen, optischen Filtern und Präzisionsoptik.
5. Magnetron-Zerstäubung
Bei einer speziellen Art des Sputterns, dem Magnetronsputtern, wird ein Magnetfeld verwendet, um das Plasma in der Nähe der Zieloberfläche einzuschließen.
Dieser Einschluss erhöht die Effizienz des Sputterprozesses, indem er die Dichte der Ionen, die das Target beschießen, erhöht.
Anwendungen und Vorteile
Das Plasmasputtern wird in verschiedenen Industriezweigen wie der Luft- und Raumfahrt, der Solarenergie, der Mikroelektronik und der Automobilindustrie eingesetzt, da es die Herstellung hochwertiger, gleichmäßiger Dünnschichten ermöglicht.
Das Verfahren ist vielseitig, da es die Abscheidung verschiedener Materialien und Legierungen in einem einzigen Durchgang ermöglicht und an verschiedene Targetformen und -größen angepasst werden kann.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Plasmasputtern ein hochentwickeltes PVD-Verfahren ist, das die Energie von Plasmaionen nutzt, um Zielatome auf ein Substrat zu schleudern und abzuscheiden und so dünne Schichten zu erzeugen, die für zahlreiche technologische Anwendungen unerlässlich sind.
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