Die Vorspannung beim HF-Sputtern bezieht sich auf das elektrische Wechselpotential, das während des HF-Sputterprozesses angelegt wird und das für die Steuerung der Ladungsbildung auf dem Targetmaterial und die Gewährleistung eines effizienten Sputterns von Atomen entscheidend ist. Beim RF-Sputtern wird die Vorspannung bei Funkfrequenzen (typischerweise 13,56 MHz) dynamisch angepasst, um die Ansammlung von Ladungen auf dem Target zu verhindern, die zu Lichtbogenbildung und anderen Problemen bei der Qualitätskontrolle der abgeschiedenen dünnen Schichten führen kann.
Ausführliche Erläuterung:
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Mechanismus der RF-Vorspannung:
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Beim RF-Sputtern wird die Vorspannung so angelegt, dass das elektrische Potenzial zwischen positiven und negativen Zyklen wechselt. Während des positiven Zyklus werden die Elektronen von der Kathode angezogen, wodurch eine negative Vorspannung entsteht. Dadurch wird der Sputterprozess durch Ionisierung des Gases in der Kammer und Bildung eines Plasmas eingeleitet. Im negativen Zyklus wird der Ionenbeschuss fortgesetzt, aber das System verhindert eine konstante negative Spannung an der Kathode, um Ionenansammlungen zu vermeiden, insbesondere bei isolierenden Targets.Die Bedeutung der RF-Vorspannung:
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Die dynamische Anpassung der Vorspannung bei Funkfrequenzen ist für das Sputtern von Materialien, die isolierend sind oder eine geringe Leitfähigkeit aufweisen, unerlässlich. Beim DC-Sputtern kann die Ladungsbildung auf dem Target den Prozess zum Stillstand bringen, da der Strom nicht durch diese Materialien fließen kann. Beim HF-Sputtern wird dieses Problem durch die Verwendung eines Wechselstroms überwunden, der die Anoden-Kathoden-Vorspannung schnell verändert. Durch diese Fluktuation wird sichergestellt, dass Ionen und Elektronen, die unterschiedlich mobil sind, in jedem Halbzyklus unterschiedliche Strecken zurücklegen, wodurch die Ladungsverteilung auf dem Target effektiv gesteuert wird.
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Technische Daten und Auswirkungen:
Das HF-Sputtersystem arbeitet mit einer Quellfrequenz von 13,56 MHz und einer Spitze-Spitze-Spannung von 1000 V. Diese Anordnung ermöglicht Elektronendichten von 10^9 bis 10^11 cm^-3 und einen Kammerdruck von 0,5 bis 10 mTorr. Die hohe Spannung und Frequenz sind notwendig, um die gleiche Sputterabscheidungsrate zu erreichen wie bei Gleichstromsystemen, die normalerweise zwischen 2.000 und 5.000 Volt benötigen. Die höhere Eingangsleistung des HF-Systems wird zur Erzeugung von Radiowellen verwendet, die Elektronen aus den äußeren Schalen der Gasatome entfernen und so den Sputterprozess erleichtern, ohne dass es zu einer Ladungsanhäufung auf dem Target kommt.
Herausforderungen und Lösungen:
