Sputtern ist ein physikalisches Verfahren, bei dem Atome durch Beschuss mit hochenergetischen Teilchen, in der Regel Ionen, aus einem festen Zielmaterial herausgeschleudert werden.
Dieses Verfahren wird häufig für die Abscheidung von Dünnschichten und in analytischen Techniken wie der Sekundärionen-Massenspektroskopie eingesetzt.
5 Schlüsselpunkte zum Verständnis des Sputtering-Prozesses
1. Historischer Kontext
Das Sputtern wurde erstmals im 19. Jahrhundert beobachtet und erlangte Mitte des 20.
Der Begriff "Sputtern" leitet sich vom lateinischen Wort "sputare" ab, was so viel wie "mit Lärm emittieren" bedeutet und den Prozess des kraftvollen Ausstoßens von Atomen aus einem Material widerspiegelt.
2. Mechanismus des Verfahrens
Aufbau der Vakuumkammer
Das Verfahren beginnt mit einem zu beschichtenden Substrat, das in eine mit einem Inertgas (in der Regel Argon) gefüllte Vakuumkammer gelegt wird.
Eine negative Ladung wird an das Zielmaterial angelegt, das die Quelle der abzuscheidenden Atome ist.
Ionenbombardement
Energetische Ionen, in der Regel Argon-Ionen im Plasmazustand, werden durch das elektrische Feld in Richtung des Zielmaterials beschleunigt.
Diese Ionen stoßen mit dem Target zusammen und übertragen dabei ihre Energie und ihren Impuls.
Atomarer Auswurf
Die Kollisionen führen dazu, dass einige Atome des Zielmaterials von der Oberfläche ausgestoßen werden.
Dies ist vergleichbar mit einem atomaren Billardspiel, bei dem das Ion (Billardkugel) auf eine Ansammlung von Atomen (Billardkugeln) trifft, von denen einige nach außen gestreut werden.
Ablagerung
Die herausgeschleuderten Atome wandern durch das Gas und lagern sich auf dem Substrat ab, wobei sie einen dünnen Film bilden.
Die Effizienz dieses Prozesses wird an der Sputterausbeute gemessen, d. h. an der Anzahl der pro einfallendem Ion ausgestoßenen Atome.
3. Anwendungen
Abscheidung von Dünnschichten
Das Sputtern wird in der Halbleiterindustrie und in anderen Bereichen in großem Umfang eingesetzt, um dünne Schichten von Materialien abzuscheiden, deren Zusammensetzung und Dicke genau kontrolliert werden können.
Analytische Techniken
In der Sekundärionen-Massenspektroskopie wird das Sputtern eingesetzt, um ein Zielmaterial mit einer kontrollierten Geschwindigkeit abzutragen, was die Analyse der Zusammensetzung und des Konzentrationsprofils des Materials als Funktion der Tiefe ermöglicht.
4. Technologischer Fortschritt
Die Entwicklung der Sputterkanone durch Peter J. Clarke in den 1970er Jahren war ein wichtiger Meilenstein, der eine kontrolliertere und effizientere Abscheidung von Materialien auf atomarer Ebene ermöglichte.
Dieser Fortschritt war für das Wachstum der Halbleiterindustrie von entscheidender Bedeutung.
5. Schlussfolgerung
Sputtern ist eine vielseitige und präzise Methode zur Abscheidung dünner Schichten und zur Analyse der Materialzusammensetzung, die durch den physikalischen Ausstoß von Atomen aus einem Zielmaterial unter Ionenbeschuss angetrieben wird.
Die Anwendungen reichen von industriellen Beschichtungen bis hin zu fortgeschrittener wissenschaftlicher Forschung.
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