Sputtern ist eine Technik der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), mit der dünne Schichten von Materialien auf ein Substrat aufgebracht werden.
Dabei wird ein Zielmaterial mit ionisiertem Gas abgeschmolzen.
Dadurch werden Atome aus dem Target herausgeschleudert und auf dem Substrat abgelagert.
Das Ergebnis ist eine dünne, gleichmäßige und hochreine Beschichtung.
Dieses Verfahren ist vielseitig und kann auf einer Vielzahl von Substraten eingesetzt werden, auch auf solchen, die nicht elektrisch leitend sind.
Arten des Sputterns:
Es gibt mehrere Arten von Sputtering-Verfahren, die sich jeweils für unterschiedliche Anwendungen eignen.
1. Gleichstrom-Sputtern (DC):
Dies ist die einfachste Form des Sputterns.
Ein Gleichstrom wird an das Zielmaterial angelegt.
Dadurch stößt es Atome aus, wenn es von Ionen aus dem Plasma beschossen wird.
2. Hochfrequenz-Sputtern (RF):
Beim RF-Sputtern wird das Plasma mit Hilfe von Hochfrequenzstrom erzeugt.
Diese Methode eignet sich besonders für die Abscheidung von Isolierstoffen.
Das Target muss dabei nicht leitfähig sein.
3. Mittelfrequenz-Sputtern (MF):
Bei dieser Technik wird eine Frequenz zwischen Gleichstrom und Hochfrequenz verwendet.
Sie kombiniert einige der Vorteile beider Verfahren.
Es eignet sich für die Abscheidung von Materialien, die sich mit Gleichstrom oder Hochfrequenz allein nur schwer sputtern lassen.
4. Gepulste DC-Zerstäubung:
Bei dieser Methode wird ein gepulster Gleichstrom verwendet.
Es hilft bei der Verringerung der Aufladungseffekte auf isolierenden Substraten.
Es kann die Schichtqualität verbessern.
5. Hochleistungs-Impuls-Magnetron-Sputtern (HiPIMS):
Beim HiPIMS wird mit sehr starken Impulsen ein dichtes Plasma erzeugt.
Dies führt zu einer höheren Ionisierung der gesputterten Partikel.
Dies führt zu Schichten mit besserer Haftung und dichteren Strukturen.
Der Prozess des Sputterns:
Der Sputterprozess beginnt damit, dass das Substrat in eine Vakuumkammer gelegt wird, die mit einem Inertgas, in der Regel Argon, gefüllt ist.
Das abzuscheidende Targetmaterial wird negativ aufgeladen, wodurch es zur Kathode wird.
Diese Ladung bewirkt, dass freie Elektronen aus dem Target fließen.
Diese Elektronen stoßen dann mit den Gasatomen zusammen und ionisieren sie.
Diese ionisierten Gasatome (Ionen) werden durch das elektrische Feld auf das Target beschleunigt.
Sie kollidieren mit dem Target und bewirken, dass Atome von der Oberfläche des Targets herausgeschleudert werden.
Diese ausgestoßenen Atome wandern dann durch das Vakuum und lagern sich auf dem Substrat ab und bilden einen dünnen Film.
Anwendungen des Sputterns:
Das Sputtern ist in verschiedenen Industriezweigen weit verbreitet, da es hochwertige, dünne Schichten erzeugen kann.
Es wird bei der Herstellung von Halbleitern, optischen Geräten, Solarzellen und zur Beschichtung von Materialien in der Elektronik und bei Datenspeichern wie CDs und Festplattenlaufwerken eingesetzt.
Die Technik ist auch in der Forschung wertvoll, um präzise Dünnschichtstrukturen für analytische Experimente und in der Nanotechnologie zu erzeugen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Sputtern ein wichtiges PVD-Verfahren ist, das eine präzise Kontrolle über die Abscheidung von Dünnschichten ermöglicht und daher in der modernen Technologie und Forschung unverzichtbar ist.
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