Das Plasma wird beim Sputtern hauptsächlich durch Gasionisation erzeugt.
Dieses Verfahren umfasst mehrere wichtige Schritte und Bedingungen.
Hier ist eine detaillierte Aufschlüsselung:
1. Gaseinleitung und Druckregelung
Das Verfahren beginnt mit der Einleitung eines Edelgases, in der Regel Argon, in eine Vakuumkammer.
Der Druck in der Kammer wird sorgfältig kontrolliert und liegt in der Regel bei maximal 0,1 Torr.
Diese Niederdruckumgebung ist entscheidend für den anschließenden Ionisierungsprozess.
2. Anlegen der Hochspannung
Sobald der gewünschte Druck erreicht ist, wird eine Hochspannung an das Gas angelegt.
Diese Spannung kann entweder DC (Gleichstrom) oder RF (Radiofrequenz) sein.
Sie ist notwendig, um die Argonatome zu ionisieren.
Das Ionisierungspotenzial von Argon liegt bei etwa 15,8 Elektronenvolt (eV).
Die angelegte Spannung muss dieses überwinden, um die Ionisierung einzuleiten.
3. Bildung eines Plasmas
Die angelegte Spannung bewirkt, dass die Argonatome Elektronen verlieren und in positiv geladene Ionen umgewandelt werden.
Durch diesen Ionisierungsprozess entsteht ein Plasma.
Ein Plasma ist ein Zustand der Materie, in dem Elektronen von ihren Kernen getrennt sind.
Das so entstandene Plasma enthält eine Mischung aus Argon-Ionen, Elektronen und einigen neutralen Atomen.
4. Wechselwirkung mit dem Zielmaterial
Das Plasma wird in unmittelbarer Nähe eines zu beschichtenden Targets, in der Regel ein Metall oder eine Keramik, erzeugt.
Das Target wird in der Nähe einer Magnetanordnung positioniert.
Wenn das Plasma aktiv ist, werden die Argon-Ionen aufgrund des elektrischen Feldes in Richtung des Targets beschleunigt.
Diese hochenergetischen Ionen stoßen mit der Oberfläche des Targets zusammen und lösen die Atome aus dem Target heraus.
Sputtern und Beschichten
Die aus dem Target herausgelösten Atome werden in die Gasphase geschleudert und können sich dann auf einem nahe gelegenen Substrat ablagern und einen dünnen Film bilden.
Dieser Vorgang wird als Sputtern bezeichnet.
Die Sputterrate hängt von mehreren Faktoren ab, darunter die Sputterausbeute, das Molgewicht des Targets, die Materialdichte und die Ionenstromdichte.
Verbesserungstechniken
Um den Sputterprozess zu verbessern, können Techniken wie das Dreipolsputtern eingesetzt werden.
Bei dieser Methode wird eine Hitzdrahtbogenentladung zur Verbesserung der Glimmentladung eingesetzt.
Diese Methoden können jedoch für eine gleichmäßige Beschichtung über große Flächen schwierig zu realisieren sein und werden in der Industrie nicht häufig eingesetzt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Plasma beim Sputtern durch die Ionisierung eines Edelgases wie Argon unter kontrollierten Niederdruckbedingungen mit Hilfe einer Hochspannung erzeugt wird.
Dieses Plasma interagiert dann mit einem Zielmaterial und stößt Atome aus, die als dünne Schicht auf einem Substrat abgeschieden werden können.
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