Das Plasma wird beim Magnetronsputtern durch einen Prozess namens Gasionisierung erzeugt. Dazu gehören mehrere wichtige Schritte und Komponenten. Schauen wir uns das mal genauer an:
Die 4 wichtigsten Schritte zur Plasmaerzeugung beim Magnetronsputtern
1. Aufbau der Vakuumkammer
Der Prozess beginnt in einer Vakuumkammer. Der Druck in der Kammer wird reduziert, um eine Umgebung mit niedrigem Druck zu schaffen. Dies ist entscheidend für die effiziente Erzeugung von Plasma.
2. Einleiten des Sputtergases
Ein Inertgas, in der Regel Argon oder Xenon, wird in die Vakuumkammer eingeleitet. Inertgase werden gewählt, weil sie nicht mit dem Targetmaterial oder anderen Prozessgasen reagieren. Außerdem ermöglichen sie aufgrund ihres hohen Molekulargewichts höhere Sputter- und Abscheideraten.
3. Anlegen der Hochspannung
An das Gas in der Kammer wird eine Hochspannung angelegt. Bei dem üblicherweise verwendeten Argon liegt das Ionisierungspotenzial bei etwa 15,8 Elektronenvolt (eV). Diese Hochspannung ionisiert die Gasatome und erzeugt ein Plasma.
4. Die Rolle des Magnetrons bei der Plasmaerzeugung
Beim Magnetronsputtern wird ein geschlossenes Magnetfeld auf die Oberfläche des Targets aufgebracht. Dieses Magnetfeld steigert die Effizienz der Plasmaerzeugung, indem es die Wahrscheinlichkeit von Zusammenstößen zwischen Elektronen und Argonatomen in der Nähe der Targetoberfläche erhöht.
Verbesserung der Plasmaerzeugung mit einem Magnetron
Verstärkung des Magnetfelds
Das Magnetfeld fängt die Elektronen ein und lässt sie spiralförmig um das Targetmaterial kreisen. Diese Elektronen stoßen mit nahegelegenen Gasatomen zusammen, ionisieren sie und halten das Plasma aufrecht. Diese Kollisionskaskade erzeugt Sekundärelektronen, die die Plasmaproduktion und -dichte weiter erhöhen.
Sputtering-Prozess
Das erzeugte Plasma enthält positiv geladene Ionen. Diese Ionen werden durch ein elektrisches Feld auf das negativ geladene Target beschleunigt. Durch den Aufprall dieser hochenergetischen Ionen auf die Oberfläche des Targets werden Atome aus dem Target herausgelöst.
Abscheidung auf dem Substrat
Die abgelösten Atome wandern vom Target zum Substrat, wo sie kondensieren und einen dünnen Film bilden. Das Substrat wird in der Regel so positioniert, dass eine gleichmäßige Beschichtung gewährleistet ist, was die Verwendung eines rotierenden oder verschiebbaren Substrathalters beinhalten kann.
Fazit
Die Erzeugung eines Plasmas beim Magnetronsputtern ist ein dynamischer Prozess, der die Gasionisierung, das Anlegen einer Hochspannung und den strategischen Einsatz eines Magnetfelds zur Verstärkung und Aufrechterhaltung des Plasmas umfasst. Dieses Plasma erleichtert dann den Sputterprozess, bei dem die Zielatome ausgestoßen werden und sich auf einem Substrat ablagern und einen dünnen Film bilden.
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