Sputtern ist ein Verfahren, mit dem dünne Schichten auf verschiedenen Materialien erzeugt werden. Es handelt sich dabei um eine Art der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), bei der mit Hilfe eines Gasplasmas Atome aus einem festen Material entfernt und dann auf einer Oberfläche abgeschieden werden. Diese Technik ist in Branchen wie Halbleiter, CDs, Festplatten und optische Geräte weit verbreitet. Die durch Sputtern erzeugten Schichten sind für ihre hervorragende Gleichmäßigkeit, Dichte, Reinheit und Haftung bekannt.
Wie funktioniert das Sputtern? Erklärt in 5 einfachen Schritten
1. Aufbau und Vakuumkammer
Das Verfahren beginnt damit, dass das zu beschichtende Material, das so genannte Substrat, in eine Vakuumkammer gelegt wird. Diese Kammer ist mit einem Inertgas, in der Regel Argon, gefüllt. Die Vakuumumgebung ist wichtig, weil sie Verunreinigungen verhindert und die Wechselwirkungen zwischen dem Gas und dem Zielmaterial kontrolliert.
2. Erzeugung des Plasmas
Das Targetmaterial, aus dem die Atome für die Dünnschicht stammen, ist negativ geladen und stellt somit eine Kathode dar. Diese negative Ladung bewirkt, dass freie Elektronen aus der Kathode fließen. Diese Elektronen stoßen mit den Argongasatomen zusammen, schlagen Elektronen ab und erzeugen ein Plasma. Das Plasma besteht aus positiv geladenen Argon-Ionen und freien Elektronen.
3. Ionenbombardement
Die positiv geladenen Argon-Ionen werden dann durch ein elektrisches Feld auf das negativ geladene Target beschleunigt. Wenn diese energiereichen Ionen auf das Target treffen, lösen sie Atome oder Moleküle aus dem Targetmaterial heraus. Dieser Vorgang wird als Sputtern bezeichnet.
4. Abscheidung von Material
Die aus dem Target herausgelösten Atome oder Moleküle bilden einen Dampfstrom, der durch die Vakuumkammer wandert und sich auf dem Substrat ablagert. Dies führt zur Bildung eines dünnen Films mit spezifischen Eigenschaften, wie z. B. Reflexionsvermögen oder elektrischer Widerstand, je nach Material des Targets und des Substrats.
5. Variationen und Erweiterungen
Es gibt verschiedene Arten von Sputtering-Systemen, darunter Ionenstrahlsputtern und Magnetronsputtern. Beim Ionenstrahlsputtern wird ein Ionen-Elektronenstrahl direkt auf das Target fokussiert, während beim Magnetronsputtern ein Magnetfeld zur Verbesserung der Plasmadichte und zur Erhöhung der Sputterrate eingesetzt wird. Mit dem reaktiven Sputtern können auch Verbindungen wie Oxide und Nitride abgeschieden werden, indem während des Sputterprozesses ein reaktives Gas in die Kammer eingeleitet wird.
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