Das reaktive Sputtern ist eine spezielle Technik innerhalb der umfassenderen Kategorie des Plasmasputterns, mit der dünne Schichten aus Verbundwerkstoffen auf ein Substrat aufgebracht werden. Im Gegensatz zum Standardsputtern, bei dem ein Inertgas verwendet wird, um Atome aus einem Zielmaterial direkt auf ein Substrat zu stoßen, wird beim reaktiven Sputtern ein reaktives Gas in die Sputterkammer eingeleitet. Dieses reaktive Gas reagiert chemisch mit den gesputterten Atomen des Zielmaterials und bildet eine neue Verbindung, die dann auf dem Substrat abgeschieden wird.
Mechanismus des reaktiven Sputterns:
Beim reaktiven Sputtern wird das Zielmaterial, in der Regel ein Metall oder ein Halbleiter, in eine Vakuumkammer eingebracht. Die Kammer ist mit einer Niederdruckatmosphäre aus einem reaktiven Gas wie Sauerstoff oder Stickstoff gefüllt, anstatt wie beim Standardsputtern vollständig evakuiert zu sein. Das reaktive Gas wird ionisiert und positiv geladen. Wenn eine Hochspannung angelegt wird, stoßen die positiv geladenen Gasionen mit dem Targetmaterial zusammen, wodurch Atome aus dem Target herausgeschleudert werden. Diese ausgestoßenen Atome reagieren dann mit dem reaktiven Gas in der Kammer und bilden eine Verbindung, die anschließend auf dem Substrat abgeschieden wird.Chemische Reaktionen und Kontrolle:
Die chemische Reaktion zwischen den gesputterten Atomen und dem reaktiven Gas ist entscheidend für die Bildung der gewünschten Verbundschicht. Wenn zum Beispiel Silizium das Zielmaterial und Sauerstoff das reaktive Gas ist, bildet die Reaktion Siliziumoxid, das dann abgeschieden wird. Die Zusammensetzung und die Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht, wie Stöchiometrie, Spannung und Brechungsindex, lassen sich durch die Einstellung des relativen Drucks der inerten und reaktiven Gase steuern. Diese Kontrolle ist für die Optimierung der funktionellen Eigenschaften der Dünnschicht von entscheidender Bedeutung.
Herausforderungen und Kontrollparameter:
Das reaktive Sputtern ist durch ein hystereseähnliches Verhalten gekennzeichnet, was die Suche nach den idealen Betriebsbedingungen zu einer Herausforderung macht. Der Prozess erfordert eine sorgfältige Kontrolle mehrerer Parameter, darunter die Partialdrücke der Inert- und Reaktivgase, die Durchflussraten und die Erosionsrate des Targets. Modelle wie das Berg-Modell helfen dabei, die Auswirkungen der Zugabe des reaktiven Gases abzuschätzen und den Abscheideprozess zu optimieren.
Anwendungen und Systemkonfiguration:
