Die Dünnschichtabscheidung ist ein Verfahren, mit dem eine sehr dünne Materialschicht auf ein Substrat aufgebracht wird.
Die Dicke dieser Schichten kann von einigen Nanometern bis zu 100 Mikrometern reichen.
Diese Technologie ist von entscheidender Bedeutung für die Herstellung moderner Elektronik wie Halbleiter, optische Geräte und Solarzellen.
Das Abscheidungsverfahren kann in zwei Haupttypen unterteilt werden: chemische Abscheidung und physikalische Gasphasenabscheidung (PVD).
Die 4 wichtigsten Methoden werden erklärt
Chemische Abscheidung
Bei der chemischen Abscheidung werden Materialien durch chemische Reaktionen auf ein Substrat aufgebracht.
Eine gängige Methode ist das Precursor-Gas-Verfahren.
Bei diesem Verfahren wird eine metallhaltige Vorstufe in einer Aktivierungszone aktiviert, um eine aktivierte Vorstufe zu bilden.
Diese Vorstufe wird dann in eine Reaktionskammer gebracht, wo sie abwechselnd mit einem reduzierenden Gas auf dem Substrat adsorbiert wird.
So entsteht in einem zyklischen Abscheidungsprozess eine dünne Schicht.
Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD)
PVD nutzt mechanische, elektromechanische oder thermodynamische Verfahren zur Abscheidung eines festen Films.
Im Gegensatz zur chemischen Abscheidung beruht PVD nicht auf chemischen Reaktionen, um Materialien mit dem Substrat zu verbinden.
Stattdessen arbeitet das Verfahren in einer Niederdruck-Dampfumgebung.
In dieser Umgebung wird das abzuscheidende Material in einen energetischen Zustand versetzt, der dazu führt, dass Partikel aus der Oberfläche entweichen.
Diese Teilchen bewegen sich auf einem geraden Weg und kondensieren beim Auftreffen auf ein kühleres Substrat und bilden eine feste Schicht.
Dieser Prozess ist in der Regel gerichtet und weniger konform.
Techniken und Prinzipien
Die Wahl des Beschichtungsverfahrens hängt von der Anwendung, den Ziel- und Substratmaterialien und den gewünschten Schichteigenschaften wie Gleichmäßigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit ab.
Zu den gebräuchlichen Verfahren gehören Verdampfen, Sputtern, Ionenstrahlabscheidung und chemische Gasphasenabscheidung.
Bei jeder Methode wird eine Vakuumumgebung geschaffen, um die freie Bewegung der Partikel von der Quelle zum Substrat zu erleichtern.
Dort kondensieren sie und bilden die dünne Schicht.
Anwendungen
Die Abscheidung dünner Schichten ist für die Herstellung von Mikro- und Nanobauteilen unerlässlich.
Für diese Geräte werden dünne Schichten mit einer Dicke von weniger als 1000 Nanometern benötigt.
Der Prozess beginnt mit der Emission von Partikeln aus einer Quelle.
Anschließend werden sie auf das Substrat transportiert.
Und schließlich ihre Kondensation auf der Substratoberfläche.
Diese Technologie ist für die Funktionalität und Leistung verschiedener elektronischer und optischer Geräte unerlässlich.
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