Die Kathodenzerstäubung ist ein Verfahren zur Dünnschichtabscheidung, bei dem ein festes Ziel mit hochenergetischen Ionen beschossen wird. Dieser Prozess wird durch die Erzeugung einer Glimmentladung zwischen zwei Elektroden in einer verdünnten Atmosphäre unter Vakuumbedingungen erreicht. Die beiden Elektroden sind das Target (Kathode) und das Substrat (Anode).
Bei der Kathodenzerstäubung wird ein Gleichstromfeld angelegt, um eine Entladung zwischen den Elektroden zu erzeugen. Durch Einleiten eines Inertgases, in der Regel Argon, wird durch die Ionisierung des Gases ein Plasma erzeugt. Die positiv geladenen Argon-Ionen werden dann in Richtung des negativ geladenen Targets (Kathode) beschleunigt, was zur Zerstäubung des Kathodenmaterials führt.
Das gesputterte Material in Form von Atomen oder Molekülen wird dann auf dem Substrat abgeschieden und bildet einen dünnen Film oder eine Beschichtung. Die Dicke des abgeschiedenen Materials liegt normalerweise zwischen 0,00005 und 0,01 mm. Zu den üblichen Materialien, die als Zielschicht verwendet werden, gehören Chrom, Titan, Aluminium, Kupfer, Molybdän, Wolfram, Gold und Silber.
Sputtern ist ein Ätzverfahren, das die physikalischen Eigenschaften einer Oberfläche verändert. Es kann für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden, z. B. zur Beschichtung von Substraten zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit, zur Verringerung thermischer Schäden, zur Verbesserung der Sekundärelektronenemission und zur Herstellung dünner Schichten für die Rasterelektronenmikroskopie.
Bei der Sputtertechnik wird ein kontrolliertes Gas, in der Regel Argon, in eine Vakuumkammer eingeleitet. Die Kathode bzw. das Target wird elektrisch erregt, um ein sich selbst erhaltendes Plasma zu erzeugen. Die Gasatome im Plasma werden durch den Verlust von Elektronen in positiv geladene Ionen umgewandelt, die dann auf das Target beschleunigt werden. Durch den Aufprall werden Atome oder Moleküle aus dem Targetmaterial herausgelöst, wodurch ein Dampfstrom entsteht. Dieses gesputterte Material durchläuft die Kammer und lagert sich als Film oder Schicht auf dem Substrat ab.
In einem Sputtersystem ist die Kathode das Ziel der Gasentladung, und das Substrat dient als Anode. Energetische Ionen, in der Regel Argon-Ionen, beschießen das Target und bewirken den Ausstoß von Target-Atomen. Diese Atome prallen dann auf das Substrat und bilden eine Beschichtung.
Das Gleichstromsputtern ist eine spezielle Art des Kathodensputterns, bei der eine Gleichstrom-Gasentladung verwendet wird. Das Target dient als Beschichtungsquelle, das Substrat und die Wände der Vakuumkammer können als Anode fungieren, und die Stromversorgung erfolgt über eine Hochspannungs-Gleichstromquelle.
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