Gleichstromsputtern ist ein Verfahren zur physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), bei dem durch den Beschuss mit energiereichen Teilchen Atome aus einem festen Targetmaterial herausgeschleudert werden, um dünne Schichten abzuscheiden. Bei diesem Verfahren wird eine Spannung an ein Metalltarget in einer Niederdruck-Gasumgebung angelegt, wobei in der Regel ein Inertgas wie Argon verwendet wird. Die Gasionen stoßen mit dem Target zusammen und bewirken, dass mikroskopisch kleine Teilchen des Targetmaterials "abgesputtert" werden und sich auf einem nahe gelegenen Substrat ablagern.
Ausführliche Erläuterung:
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Aufbau und anfängliche Vakuumerzeugung:
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Der Prozess beginnt mit dem Aufbau einer Vakuumkammer, in der das Targetmaterial und das Substrat parallel zueinander angeordnet sind. Die Kammer wird evakuiert, um Verunreinigungen zu entfernen, und dann mit einem hochreinen Inertgas, in der Regel Argon, aufgefüllt. Dieses Gas wird aufgrund seiner Masse und seiner Fähigkeit, kinetische Energie bei Kollisionen im Plasma effektiv zu übertragen, ausgewählt.Anwendung von Gleichspannung:
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Eine elektrische Gleichspannung von typischerweise -2 bis -5 kV wird an das Zielmaterial angelegt, das als Kathode fungiert. Das zu beschichtende Substrat erhält eine positive Ladung und ist damit die Anode. Diese Anordnung erzeugt ein elektrisches Feld, das das Argongas ionisiert und ein Plasma bildet.
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Ionenbombardierung und Sputtern:
Die energiereichen Argon-Ionen im Plasma werden durch das elektrische Feld auf das negativ geladene Target beschleunigt. Beim Aufprall lösen diese Ionen durch einen als Sputtern bezeichneten Prozess Atome aus dem Targetmaterial. Diese herausgeschleuderten Atome wandern durch das Plasma und lagern sich auf dem Substrat ab und bilden einen dünnen Film.Vorteile und Anwendungen:
Das Gleichstromsputtern wird wegen seiner Einfachheit, Kosteneffizienz und leichten Steuerbarkeit bevorzugt, insbesondere für die Abscheidung von Metallen und die Beschichtung von elektrisch leitenden Materialien. Es wird in der Halbleiterindustrie zur Herstellung von Mikrochip-Schaltkreisen und in verschiedenen anderen Anwendungen wie dekorativen Beschichtungen auf Schmuck und nichtreflektierenden Beschichtungen auf Glas und optischen Komponenten eingesetzt.
