Sputtern ist eine Technik der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), mit der dünne Schichten von Materialien auf einem Substrat abgeschieden werden. Dabei wird ein Zielmaterial mit ionisiertem Gas abgeschmolzen, wodurch Atome aus dem Zielmaterial herausgeschleudert werden und sich auf dem Substrat ablagern und eine dünne, gleichmäßige und hochreine Schicht bilden. Dieses Verfahren ist vielseitig und kann für eine Vielzahl von Substraten verwendet werden, auch für solche, die nicht elektrisch leitend sind.
Arten des Sputterns:
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Die Sputtertechniken werden in verschiedene Typen eingeteilt, die sich jeweils für unterschiedliche Anwendungen eignen:Gleichstrom-Sputtern (DC):
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Dies ist die einfachste Form des Sputterns, bei der ein Gleichstrom an das Zielmaterial angelegt wird, der es veranlasst, Atome auszustoßen, wenn es von Ionen aus dem Plasma beschossen wird.Hochfrequenz-Sputtern (RF):
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Beim RF-Sputtern wird das Plasma mit Hilfe von Hochfrequenzstrom erzeugt. Diese Methode eignet sich besonders für die Abscheidung isolierender Materialien, da das Target nicht leitend sein muss.Mittelfrequenz-Sputtern (MF):
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Bei dieser Technik wird eine Frequenz zwischen Gleichstrom und Hochfrequenz verwendet, die einige der Vorteile beider Verfahren kombiniert. Es eignet sich für die Abscheidung von Materialien, die mit Gleichstrom oder Hochfrequenz allein nur schwer zu sputtern sind.Gepulste DC-Zerstäubung:
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Bei dieser Methode wird ein gepulster Gleichstrom verwendet, der dazu beiträgt, die Aufladungseffekte auf isolierenden Substraten zu verringern und die Schichtqualität zu verbessern.Hochleistungs-Impuls-Magnetron-Sputtern (HiPIMS):
Beim HiPIMS wird mit sehr starken Impulsen ein dichtes Plasma erzeugt, was zu einer höheren Ionisierung der gesputterten Partikel führt. Dies führt zu Schichten mit besserer Haftung und dichteren Strukturen.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, die dann mit den Gasatomen zusammenstoßen und diese ionisieren. Diese ionisierten Gasatome (Ionen) werden durch das elektrische Feld auf das Target beschleunigt, kollidieren mit ihm und bewirken, dass Atome von der Oberfläche des Targets ausgestoßen 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.
