Die Plasmabildung beim Sputtern ist ein entscheidender Prozess, der die Sputtertechnik einleitet, die bei der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) zur Abscheidung dünner Schichten auf einem Substrat verwendet wird.
Die 6 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Vorbereitung der Vakuumkammer
Die Beschichtungskammer wird zunächst auf einen sehr niedrigen Druck evakuiert, in der Regel etwa 10^-6 Torr, um die Verunreinigung durch Restgase zu minimieren.
Nach Erreichen des gewünschten Vakuums wird das Sputtergas, z. B. Argon, in die Kammer eingeleitet.
2. Anlegen der Spannung
Zwischen zwei Elektroden in der Kammer wird eine Spannung angelegt. Diese Spannung ist entscheidend für die Auslösung des Ionisierungsprozesses.
3. Ionisierung und Plasmabildung
Die angelegte Spannung ionisiert das Sputtergas und erzeugt eine Glimmentladung. In diesem Zustand stoßen freie Elektronen mit den Gasatomen zusammen, wodurch sie Elektronen verlieren und zu positiv geladenen Ionen werden.
Durch diesen Ionisierungsprozess wird das Gas in ein Plasma umgewandelt, einen Materiezustand, bei dem die Elektronen von ihren Atomen getrennt sind.
4. Beschleunigung der Ionen
Die positiven Ionen des Sputtergases werden dann aufgrund des durch die angelegte Spannung erzeugten elektrischen Feldes in Richtung der Kathode (der negativ geladenen Elektrode) beschleunigt.
5. Bombardierung und Sputtering
Die beschleunigten Ionen stoßen mit dem Targetmaterial zusammen, übertragen ihre Energie und bewirken, dass Atome aus dem Target herausgeschleudert werden. Diese ausgestoßenen Atome wandern dann und lagern sich auf dem Substrat ab und bilden einen dünnen Film.
6. Sputtering-Rate
Die Geschwindigkeit, mit der das Material aus dem Target gesputtert wird, hängt von mehreren Faktoren ab, darunter die Sputterausbeute, das Molgewicht des Targetmaterials, seine Dichte und die Ionenstromdichte.
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