Sputtern ist ein beliebtes Verfahren für die Abscheidung dünner Schichten, das jedoch einige erhebliche Nachteile mit sich bringt.
Was sind die 7 Hauptnachteile des Sputterns?
1. Hohe Investitionskosten
Die Erstausstattung einer Sputteranlage ist recht teuer.
Dazu gehören die Kosten für das Sputtering-Gerät selbst, das sehr komplex ist.
Auch die notwendige Infrastruktur zur Unterstützung ist kostspielig.
Das Ionenstrahlsputtern beispielsweise erfordert eine hochentwickelte Ausrüstung.
Die Betriebskosten sind hoch.
In ähnlicher Weise sind für das HF-Sputtern eine teure Stromversorgung und zusätzliche Schaltungen zur Impedanzanpassung erforderlich.
2. Niedrige Abscheideraten für einige Materialien
Bestimmte Materialien, wie SiO2, weisen relativ niedrige Abscheideraten bei Sputterverfahren auf.
Dies kann ein erheblicher Nachteil sein, insbesondere bei industriellen Anwendungen, bei denen ein hoher Durchsatz erforderlich ist.
Vor allem das Ionenstrahlsputtern leidet unter den niedrigen Abscheideraten.
Es eignet sich nicht für die Abscheidung großflächiger Schichten mit gleichmäßiger Dicke.
3. Materialverschlechterung und Verunreinigungen Einführung
Einige Materialien, insbesondere organische Feststoffe, können durch den Ionenbeschuss während des Sputterns degradiert werden.
Außerdem werden beim Sputtern mehr Verunreinigungen in das Substrat eingebracht als bei der Verdampfungsabscheidung.
Dies liegt daran, dass das Sputtern in einem geringeren Vakuumbereich arbeitet, was zu Verunreinigungen führen kann.
4. Targetausnutzung und Plasmainstabilität
Beim Magnetronsputtern ist die Auslastung des Targets in der Regel gering, oft unter 40 %, da sich durch den Ionenbeschuss eine ringförmige Rille bildet.
Sobald diese Rille in das Target eindringt, muss sie verworfen werden.
Darüber hinaus ist die Plasmainstabilität ein häufiges Problem beim Magnetronsputtern.
Dies beeinträchtigt die Konsistenz und Qualität des Abscheidungsprozesses.
5. Schwierigkeiten bei der Kontrolle des Schichtwachstums und der Gleichmäßigkeit
Bei Sputterverfahren kann es schwierig sein, eine gleichmäßige Schichtdicke zu erreichen, insbesondere bei komplexen Strukturen wie Turbinenschaufeln.
Die diffuse Natur des Sputterns macht es schwierig zu kontrollieren, wo die Atome abgeschieden werden.
Dies führt zu potenziellen Verunreinigungen und zu Schwierigkeiten beim Erreichen eines präzisen schichtweisen Wachstums.
Dies ist besonders problematisch, wenn versucht wird, das Sputtern mit Lift-off-Techniken zur Strukturierung der Schicht zu kombinieren.
6. Energieeffizienz und Wärmemanagement
Ein erheblicher Teil der Energie, die beim HF-Sputtern auf das Target auftrifft, wird in Wärme umgewandelt.
Dies macht wirksame Wärmeabfuhrsysteme erforderlich.
Dies erschwert nicht nur den Aufbau, sondern wirkt sich auch auf die Gesamtenergieeffizienz des Prozesses aus.
7. Spezialisierte Ausrüstungsanforderungen
Techniken wie das RF-Sputtern erfordern eine spezielle Ausrüstung.
Dazu gehören Sputterkanonen mit starken Dauermagneten, um magnetische Streufelder zu bewältigen.
Dies erhöht die Kosten und die Komplexität des Systems weiter.
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