Das Plasma wird beim Sputtern durch einen Prozess namens Gasionisierung erzeugt.
Dabei wird in einer Vakuumkammer eine Gasumgebung mit niedrigem Druck erzeugt.
Ein Gas wie z. B. Argon wird in die Kammer eingeleitet.
Dann wird eine Hochspannung an das Gas angelegt.
Dadurch werden die Atome ionisiert und es entsteht ein Plasma.
Die 5 wichtigsten Schritte erklärt: Wie ein Plasma beim Sputtern gebildet wird
1. Vakuumkammer und Gaseinleitung
Der Prozess beginnt mit dem Evakuieren einer Kammer, um ein Vakuum zu erzeugen.
Dies ist von entscheidender Bedeutung, da dadurch die Anzahl der Luftmoleküle und anderer Verunreinigungen reduziert wird.
Sobald das gewünschte Vakuum erreicht ist, wird ein Edelgas, in der Regel Argon, in die Kammer eingeleitet.
Der Druck des Gases wird auf einem Niveau gehalten, das die Ionisierung unterstützt und in der Regel 0,1 Torr nicht überschreitet.
2. Ionisierung des Gases
Nachdem das Argongas eingeleitet wurde, wird eine Hochspannung, entweder Gleichstrom oder Hochfrequenz, an das Gas angelegt.
Diese Spannung ist ausreichend, um die Argonatome zu ionisieren.
Sie stößt Elektronen ab und erzeugt positiv geladene Argon-Ionen und freie Elektronen.
Das Ionisierungspotenzial von Argon beträgt etwa 15,8 Elektronenvolt (eV).
Dies ist die Energie, die erforderlich ist, um ein Elektron aus einem Atom zu entfernen.
Durch das Anlegen einer Spannung in Gegenwart des Gases wird die Bildung eines Plasmas erleichtert.
3. Bildung eines Plasmas
Das ionisierte Gas, jetzt ein Plasma, enthält eine Mischung aus neutralen Gasatomen, Ionen, Elektronen und Photonen.
Dieses Plasma befindet sich aufgrund der dynamischen Wechselwirkungen zwischen diesen Teilchen in einem nahezu gleichgewichtigen Zustand.
Das Plasma wird durch das kontinuierliche Anlegen einer Spannung aufrechterhalten.
Dadurch wird der Ionisierungsprozess aufrechterhalten und das Plasma aktiv gehalten.
4. Wechselwirkung mit dem Zielmaterial
Das Plasma wird in der Nähe eines Zielmaterials positioniert, bei dem es sich in der Regel um ein Metall oder eine Keramik handelt.
Die hochenergetischen Argon-Ionen im Plasma werden aufgrund des elektrischen Feldes in Richtung des Zielmaterials beschleunigt.
Wenn diese Ionen mit dem Target zusammenstoßen, übertragen sie ihre Energie.
Dies führt dazu, dass Atome aus dem Target in die Gasphase geschleudert oder "gesputtert" werden.
Diese ausgestoßenen Teilchen wandern dann weiter und lagern sich auf einem Substrat ab und bilden einen dünnen Film.
5. Kontrolle und Verstärkung des Plasmas
Die Qualität und Geschwindigkeit des Sputterns kann durch die Einstellung von Parametern wie Gasdruck, Spannung und Position des Substrats gesteuert werden.
Techniken wie die Glimmentladung und der Einsatz von Sekundärelektronen können die Ionisierung des Plasmas verbessern.
Dies führt zu effizienteren Sputteringraten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Plasma beim Sputtern durch die Ionisierung eines Gases wie Argon in einer Vakuumkammer unter Verwendung einer hohen Spannung gebildet wird.
Dadurch wird ein Plasma erzeugt, das mit einem Zielmaterial in Wechselwirkung tritt, um Partikel auszustoßen und auf einem Substrat abzuscheiden.
Dieser Prozess ist grundlegend für die Abscheidung dünner Schichten in verschiedenen industriellen Anwendungen.
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