Sputtern ist ein vakuumgestütztes Verfahren, bei dem Atome aus einem festen Zielmaterial, dem so genannten Sputtertarget, herausgeschleudert und anschließend auf einem Substrat abgeschieden werden, um eine dünne Schicht mit bestimmten Eigenschaften zu bilden.
Dieser Prozess wird durch den Beschuss des Targets mit energiereichen Teilchen, in der Regel Ionen, angetrieben, die bewirken, dass die Target-Atome aus dem Materialgitter in den gasförmigen Zustand innerhalb der Beschichtungskammer geschleudert werden.
Die 4 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Bombardierung des Targets
Der Sputterprozess beginnt mit der Einleitung eines kontrollierten Gases, normalerweise Argon, in eine Vakuumkammer.
Ein elektrisches Feld wird angelegt, um das Gas zu ionisieren und ein Plasma zu erzeugen.
Die ionisierten Gasteilchen, die Ionen, werden dann durch das elektrische Feld auf das Target beschleunigt.
Wenn diese Ionen mit dem Target zusammenstoßen, übertragen sie durch eine Reihe von teilweise unelastischen Stößen einen Impuls auf die Targetatome.
2. Auswurf von Target-Atomen
Der durch den Ionenbeschuss übertragene Impuls bewirkt, dass die Zielatome mit ausreichender Energie zurückprallen, um die Oberflächenbindungsenergie des Zielmaterials zu überwinden.
Dies führt zum Ausstoß oder Sputtern der Target-Atome aus dem Materialgitter in den gasförmigen Zustand innerhalb der Beschichtungskammer.
Die durchschnittliche Anzahl der pro einfallendem Ion ausgestoßenen Atome wird als Sputterausbeute bezeichnet, die von verschiedenen Faktoren wie dem Einfallswinkel des Ions, der Energie und den Massen der Ionen- und Targetatome abhängt.
3. Abscheidung auf dem Substrat
Die ausgestoßenen Targetatome wandern durch die Vakuumkammer und werden auf einem Substrat abgeschieden.
Dieses Substrat kann aus verschiedenen Materialien wie Silizium, Glas oder geformten Kunststoffen bestehen.
Die Atome lagern sich auf dem Substrat ab und bilden einen dünnen Film mit den gewünschten Eigenschaften wie Reflexionsvermögen, elektrischem oder ionischem Widerstand oder anderen spezifischen Merkmalen.
Der Prozess kann optimiert werden, um die Morphologie, die Kornorientierung, die Korngröße und die Dichte des Films zu steuern.
4. Anwendungen und Bedeutung
Das Sputtern ist eine wichtige Technik bei der Herstellung von Halbleitern, Festplattenlaufwerken, CDs und optischen Geräten.
Sie ermöglicht die präzise Abscheidung dünner Schichten auf atomarer Ebene und damit die Schaffung makelloser Grenzflächen zwischen Materialien.
Dieses Verfahren ist vielseitig und kann durch Anpassung der Parameter des Sputterprozesses an verschiedene industrielle Anforderungen angepasst werden.
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