Der Hauptunterschied zwischen RF- (Radiofrequenz) und DC- (Gleichstrom) Sputtern liegt in der Stromquelle und der Methode zur Ionisierung des Gases und zum Sputtern des Zielmaterials. Beim HF-Sputtern wird eine Wechselstromquelle verwendet, die die Polarität wechselt, was für das Sputtern nicht leitender Materialien von Vorteil ist, ohne dass sich auf dem Target Ladungen aufbauen. Im Gegensatz dazu wird beim DC-Sputtern eine Gleichstromquelle verwendet, die sich besser für leitfähige Materialien eignet, aber zu Ladungsansammlungen auf nicht leitfähigen Targets führen kann, was den Sputterprozess behindert.
1. Anforderungen an Stromquelle und Druck:
- DC-Sputtern: Verwendet eine Gleichstromquelle, die normalerweise 2.000-5.000 Volt benötigt. Es arbeitet mit höheren Kammerdrücken, etwa 100 mTorr, was zu mehr Kollisionen zwischen geladenen Plasmateilchen und dem Targetmaterial führen kann.
- RF-Sputtern: Verwendet eine Wechselstromquelle mit einer Frequenz von 13,56 MHz, die eine Spannung von 1.012 Volt oder mehr benötigt. Das Gasplasma kann bei einem deutlich niedrigeren Druck (unter 15 mTorr) gehalten werden, was die Anzahl der Kollisionen verringert und einen direkteren Weg für die Sputterung bietet.
2. Eignung des Zielmaterials:
- DC-Zerstäubung: Ideal für leitende Materialien, da das Gasplasma durch Elektronenbeschuss direkt ionisiert wird. Allerdings kann es auf nicht leitenden Targets zu einer Ladungsanhäufung kommen, die weiteren Ionenbeschuss verhindert und den Sputterprozess zum Stillstand bringen kann.
- RF-Sputtern: Wirksam sowohl für leitende als auch für nicht leitende Materialien. Der Wechselstrom verhindert eine Aufladung des Targets, indem er die positiven Ionen, die sich während des positiven Halbzyklus auf der Oberfläche des Targets angesammelt haben, neutralisiert und die Targetatome während des negativen Halbzyklus zerstäubt.
3. Mechanismus des Sputterns:
- DC-Zerstäubung: Direkter Ionenbeschuss des Targets durch energiereiche Elektronen, was zu Lichtbogenbildung und zum Abbruch des Sputterprozesses führen kann, wenn das Target nicht leitfähig ist.
- RF-Sputtern: Nutzt kinetische Energie, um Elektronen aus Gasatomen zu entfernen und ein Plasma zu erzeugen, das sowohl leitende als auch nichtleitende Targets effektiv sputtern kann, ohne dass die Gefahr einer Ladungsbildung besteht.
4. Frequenz und Entladung:
- RF-Zerstäubung: Erfordert eine Frequenz von 1 MHz oder höher, um das Target während des Sputterns effektiv zu entladen, was für die Aufrechterhaltung des Sputterprozesses auf nichtleitenden Materialien entscheidend ist.
- DC-Zerstäubung: Erfordert keine hohen Frequenzen für die Entladung und ist daher einfacher in Bezug auf den Stromversorgungsbedarf, aber weniger vielseitig für verschiedene Targetmaterialien.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das HF-Sputtern vielseitiger ist und ein breiteres Spektrum an Materialien, einschließlich nichtleitender Materialien, verarbeiten kann, da es die Ansammlung von Ladungen verhindert und mit niedrigeren Drücken arbeitet. Das DC-Sputtern ist zwar einfacher und kostengünstiger für leitfähige Materialien, kann aber nur begrenzt für nicht leitfähige Targets eingesetzt werden.
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