Physikalisches Sputtern ist ein Verfahren, das bei der Abscheidung dünner Schichten eingesetzt wird.
Bei diesem Verfahren werden Atome durch den Beschuss mit energiereichen Ionen aus einem festen Zielmaterial herausgeschleudert.
Diese Technik wird in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt, u. a. in der Halbleiterverarbeitung, der Präzisionsoptik und der Oberflächenbearbeitung.
Der Grund für die Beliebtheit dieses Verfahrens ist die hervorragende Gleichmäßigkeit, Dichte und Haftung der gesputterten Dünnschichten.
5 wichtige Punkte zum Verständnis des physikalischen Sputterns
1. Mechanismus des Sputterns
Sputtern ist eine Form der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD).
Ein Zielmaterial wird mit hochenergetischen Teilchen beschossen, in der Regel Ionen eines Edelgases wie Argon.
Dieser Beschuss bewirkt, dass Atome aus dem Zielmaterial herausgeschleudert werden und sich anschließend auf einem Substrat ablagern und eine dünne Schicht bilden.
Der Prozess wird eingeleitet, indem ein inertes Gas wie Argon in eine Vakuumkammer eingeleitet und eine Kathode zur Erzeugung eines Plasmas elektrisch erregt wird.
Das Zielmaterial dient als Kathode, und das Substrat, auf dem der Film abgeschieden werden soll, wird in der Regel an der Anode befestigt.
2. Arten des Sputterns
Es gibt mehrere Varianten des Sputterns, darunter das kathodische Sputtern, das Diodensputtern, das HF- oder DC-Sputtern, das Ionenstrahlsputtern und das reaktive Sputtern.
Trotz dieser unterschiedlichen Bezeichnungen bleibt der grundlegende Prozess derselbe: der Ausstoß von Atomen aus einem Zielmaterial durch Ionenbeschuss.
3. Prozessaufbau
Bei einem typischen Aufbau befinden sich das Targetmaterial und das Substrat in einer Vakuumkammer.
Zwischen ihnen wird eine Spannung angelegt, wobei das Target als Kathode und das Substrat als Anode fungiert.
Durch das Anlegen der Spannung wird ein Plasma erzeugt, das das Target mit Ionen beschießt und so die Zerstäubung bewirkt.
4. Anwendungen und Vorteile
Das Sputtern wird wegen seiner Fähigkeit, hochwertige dünne Schichten mit präziser Kontrolle über Dicke und Zusammensetzung herzustellen, bevorzugt.
Es wird bei der Herstellung von Halbleitern, Solarzellen, Festplattenlaufwerken und optischen Geräten eingesetzt.
Das Verfahren ist vielseitig und kann für die Abscheidung einer breiten Palette von Materialien, einschließlich Metallen, Legierungen und Verbindungen, verwendet werden.
5. Sputter-Ausbeute
Die Effizienz des Sputterverfahrens wird durch die Sputterausbeute quantifiziert.
Die Sputterausbeute ist die Anzahl der Atome, die pro einfallendem Ion aus dem Target ausgestoßen werden.
Zu den Faktoren, die die Sputterausbeute beeinflussen, gehören die Energie und Masse der einfallenden Ionen, die Masse der Targetatome und die Bindungsenergie des Festkörpers.
6. Anwendungen der Oberflächenphysik
Neben der Abscheidung von Dünnschichten wird das Sputtern auch in der Oberflächenphysik zur Reinigung hochreiner Oberflächen und zur Analyse der chemischen Zusammensetzung von Oberflächen eingesetzt.
Dies geschieht durch die Beobachtung der Materialien, die während des Sputterns von der Oberfläche abgeschieden werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das physikalische Sputtern ein vielseitiges und wirksames Verfahren für die Abscheidung dünner Schichten ist, das eine hohe Präzision und Qualität bietet, was in zahlreichen High-Tech-Industrien von entscheidender Bedeutung ist.
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