Sputtern ist eine Technik zur Abscheidung von Dünnschichten, die in verschiedenen Branchen eingesetzt wird, z. B. bei Halbleitern, Festplattenlaufwerken, CDs und optischen Geräten.
Es handelt sich um eine Art der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), bei der Atome aus einem Targetmaterial ausgestoßen und auf einem Substrat abgeschieden werden, ohne das Ausgangsmaterial zu schmelzen.
Bei diesem Verfahren wird das Target mit hochenergetischen Teilchen, in der Regel ionisierten Gasmolekülen, beschossen, die die Atome aus dem Target verdrängen.
Diese herausgeschleuderten Atome verbinden sich dann auf atomarer Ebene mit dem Substrat und bilden einen dünnen, gleichmäßigen Film mit starker Adhäsion.
7 wichtige Punkte, die man über das Sputtern bei der Dünnschichtabscheidung wissen sollte
1. Mechanismus des Sputterns
Der Prozess beginnt in einer Vakuumkammer, in der das Zielmaterial einem Plasma aus ionisiertem Gas, in der Regel Argon, ausgesetzt wird.
Das hochenergetische Plasma, das durch Anlegen einer Hochspannung an das Gas erzeugt wird, bringt die Ionen dazu, mit dem Targetmaterial zu kollidieren.
Bei diesen Zusammenstößen wird genügend Energie übertragen, um Atome aus der Oberfläche des Targets herauszuschleudern.
Die herausgeschleuderten Atome wandern durch das Vakuum und lagern sich auf dem Substrat ab und bilden einen dünnen Film.
2. Vorteile des Sputterns
Hohe kinetische Energie der abgeschiedenen Atome: Die durch Sputtern abgeschiedenen Atome haben im Vergleich zu den durch Verdampfung abgeschiedenen Atomen eine wesentlich höhere kinetische Energie. Dies führt zu einer besseren Haftung der Schicht auf dem Substrat.
Vielseitigkeit bei der Materialabscheidung: Durch Sputtern können Schichten aus einer Vielzahl von Materialien abgeschieden werden, darunter auch solche mit hohen Schmelzpunkten, die sich mit anderen Verfahren nur schwer abscheiden lassen.
Gleichmäßigkeit und Qualität der abgeschiedenen Schichten: Das Verfahren erzeugt gleichmäßige, extrem dünne und qualitativ hochwertige Schichten, was es für die Produktion in großem Maßstab kosteneffizient macht.
3. Arten des Sputterns
Es gibt mehrere Arten von Sputtering-Verfahren, darunter Ionenstrahlsputtern, Diodensputtern und Magnetronsputtern.
Beim Magnetron-Sputtern wird beispielsweise ein Magnetfeld verwendet, um das Plasma in der Nähe der Target-Oberfläche zu konzentrieren, was die Effizienz des Sputterprozesses erhöht.
4. Anwendung und Skalierbarkeit
Die Sputtertechnologie ist vielseitig und kann auf verschiedene Substratformen und -größen angewendet werden.
Es handelt sich um einen wiederholbaren Prozess, der von kleinen Forschungsprojekten bis hin zur industriellen Großproduktion skaliert werden kann, was ihn zu einer wichtigen Technologie in modernen Fertigungsprozessen macht.
5. Bedeutung von Targetmaterial und Herstellungsprozess
Die Qualität und die Eigenschaften der durch Sputtern abgeschiedenen Dünnschicht hängen wesentlich vom Herstellungsprozess des Targetmaterials ab.
Unabhängig davon, ob es sich bei dem Target um ein einzelnes Element, eine Legierung oder eine Verbindung handelt, sind die Konsistenz und die Qualität des Materials entscheidend für die Erzielung der gewünschten Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht.
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