Beim Sputtern handelt es sich um ein physikalisches Aufdampfverfahren (PVD), bei dem Atome aus einem festen Zielmaterial durch den Beschuss mit energiereichen Ionen in die Gasphase geschleudert werden und sich anschließend auf einem Substrat ablagern, um eine dünne Schicht zu bilden. Dieser Prozess wird durch den Impulsaustausch zwischen den Ionen und den Atomen im Zielmaterial angetrieben, ähnlich wie beim atomaren Billard. Die Effizienz des Sputterprozesses wird anhand der Sputterausbeute gemessen, d. h. der Anzahl der pro einfallendem Ion aus der Oberfläche ausgestoßenen Atome.
Ausführliche Erläuterung:
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Prozessaufbau:
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Das Sputtern findet in einer Vakuumkammer statt, die mit einem Inertgas, in der Regel Argon, gefüllt ist. Das Targetmaterial, die Quelle der abzuscheidenden Atome, ist negativ geladen und wird so zu einer Kathode. Diese Anordnung ist entscheidend, da sie den Fluss freier Elektronen von der Kathode aus in Gang setzt.Ionisierung und Kollisionen:
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Die freien Elektronen aus der Kathode stoßen mit den Argongasatomen zusammen und ionisieren sie. Diese ionisierten Gasmoleküle (Argon-Ionen) werden dann aufgrund des elektrischen Feldes in Richtung des negativ geladenen Targets beschleunigt.
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Auswurf von Atomen:
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Wenn die energiereichen Argon-Ionen auf das Target treffen, übertragen sie ihren Impuls auf die Atome im Targetmaterial. Durch diesen Kollisionsprozess können Targetatome von der Oberfläche in die Gasphase geschleudert werden. Dies ist der Kernmechanismus des Sputterns, bei dem die Energie der Ionen zur Verdrängung der Targetatome genutzt wird.Abscheidung auf dem Substrat:
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Die herausgeschleuderten Atome wandern durch das Vakuum und lagern sich auf einem nahe gelegenen Substrat ab. Diese Atome verbinden sich auf atomarer Ebene mit dem Substrat und bilden eine dünne Schicht mit spezifischen Eigenschaften wie Reflexionsvermögen, elektrischem oder ionischem Widerstand, je nach Material des Targets und des Substrats.
Arten des Sputterns:
