Zu den Nachteilen der Sputterbeschichtung gehören niedrige Sputterraten, eine ungleichmäßige Verteilung des Abscheidungsflusses, teure Targets mit schlechter Materialausnutzung, ein hoher Energieverbrauch, der zu Wärmeentwicklung führt, die Möglichkeit der Filmkontamination, Schwierigkeiten bei der Steuerung der Gaszusammensetzung beim reaktiven Sputtern, die Schwierigkeit, Sputtern mit Lift-off für die Strukturierung zu kombinieren, und Schwierigkeiten bei der aktiven Steuerung für ein schichtweises Wachstum. Darüber hinaus hat die Sputterbeschichtung hohe Investitions- und Herstellungskosten, geringere Produktionsausbeute mit mehr Schichten, Anfälligkeit für Beschädigungen und Feuchtigkeit, begrenzte Lagerfähigkeit und mögliche Veränderung der Oberflächeneigenschaften von Proben bei REM-Anwendungen.
Niedrige Sputtering-Raten: Die Sputtering-Raten sind in der Regel niedriger als bei thermischen Verdampfungsprozessen. Dies kann zu längeren Abscheidungszeiten führen, was bei industriellen Anwendungen, bei denen der Durchsatz entscheidend ist, ein erheblicher Nachteil sein kann.
Ungleichmäßige Verteilung des Abscheidungsflusses: Der Abscheidungsprozess beim Sputtern führt häufig zu einer ungleichmäßigen Verteilung des abzuscheidenden Materials. Dies macht den Einsatz beweglicher Vorrichtungen erforderlich, um eine gleichmäßige Schichtdicke auf dem Substrat zu gewährleisten, was die Komplexität erhöht und zu Unregelmäßigkeiten im Endprodukt führen kann.
Teure Targets und schlechte Materialausnutzung: Sputtertargets können kostspielig sein, und die Effizienz der Materialnutzung während des Sputterprozesses ist oft schlecht. Diese Ineffizienz führt zu erheblichem Materialabfall und erhöht die Gesamtkosten des Prozesses.
Hoher Energieverbrauch und Wärmeentwicklung: Ein erheblicher Teil der Energie, die während des Sputterns auf das Target auftrifft, wird in Wärme umgewandelt. Diese Wärme muss effektiv gehandhabt werden, um Schäden an der Anlage und am Substrat zu vermeiden, was die Komplexität und die Kosten des Sputtersystems erhöht.
Potenzielle Filmkontamination: Bei einigen Sputterverfahren können gasförmige Verunreinigungen im Plasma aktiviert werden, was zu einem erhöhten Risiko der Filmverunreinigung führt. Dies ist beim Sputtern ein größeres Problem als bei der Vakuumverdampfung und kann die Qualität und Leistung der abgeschiedenen Schichten beeinträchtigen.
Schwierige Kontrolle der Gaszusammensetzung: Bei der reaktiven Sputterabscheidung muss die Zusammensetzung des Reaktivgases genauestens kontrolliert werden, um eine Vergiftung des Sputtertargets zu vermeiden. Dies erfordert präzise Kontrollsysteme und eine sorgfältige Überwachung, was den Betrieb zusätzlich erschwert.
Herausforderungen bei der Kombination von Sputtering und Lift-off: Die diffuse Natur des Sputterprozesses macht es schwierig, ihn mit Lift-off-Techniken zur Strukturierung von Schichten zu kombinieren. Die Unfähigkeit, das Abscheidungsmuster vollständig zu kontrollieren, kann zu Verunreinigungen und Schwierigkeiten beim Erreichen präziser Muster führen.
Schwierigkeiten bei der aktiven Kontrolle für das schichtweise Wachstum: Die aktive Steuerung des schichtweisen Wachstums beim Sputtern ist im Vergleich zu Techniken wie der gepulsten Laserabscheidung schwieriger. Dies kann sich auf die Qualität und Einheitlichkeit von Mehrschichtstrukturen auswirken.
Hohe Kapital- und Herstellungskosten: Die Erstinvestition in Sputtering-Anlagen ist hoch, und auch die laufenden Herstellungskosten, einschließlich Material, Energie, Wartung und Abschreibung, sind erheblich. Diese Kosten können zu geringeren Gewinnspannen führen, insbesondere im Vergleich zu anderen Beschichtungsverfahren wie CVD.
Geringere Produktionsausbeute und Anfälligkeit für Beschädigungen: Je mehr Schichten abgeschieden werden, desto geringer ist die Produktionsausbeute. Außerdem sind gesputterte Schichten oft weicher und anfälliger für Beschädigungen bei der Handhabung und Herstellung, was eine sorgfältige Handhabung und zusätzliche Schutzmaßnahmen erfordert.
Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit und begrenzte Lagerfähigkeit: Gesputterte Beschichtungen sind feuchtigkeitsempfindlich, was eine Lagerung in versiegelten Beuteln mit Trockenmittel erforderlich macht. Die Haltbarkeit dieser Beschichtungen ist begrenzt, insbesondere nach dem Öffnen der Verpackung, was die Verwendbarkeit und Kosteneffizienz des Produkts beeinträchtigen kann.
Veränderung der Oberflächeneigenschaften von Proben bei SEM-Anwendungen: Bei REM-Anwendungen kann die Sputterbeschichtung die Oberflächeneigenschaften der Probe verändern, was zu einem Verlust des Atomzahlkontrasts und einer möglichen Fehlinterpretation der Elementinformationen führt. Dies erfordert eine sorgfältige Auswahl der Beschichtungsparameter, um diese Auswirkungen zu minimieren.
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