Der Hauptunterschied zwischen Hochfrequenz- und Mikrowellenplasmen liegt in der Wellenlänge und der Art und Weise, wie die Energie auf das behandelte Produkt übertragen wird.
HF-Plasma arbeitet mit einer Frequenz von etwa 13,56 MHz, während Mikrowellenplasma mit einer Frequenz von etwa 2,45 GHz arbeitet. Der Unterschied in der Frequenz führt zu unterschiedlichen Eigenschaften und Anwendungen für jeden Plasmatyp.
Mikrowellenplasmen zeichnen sich durch eine hohe elektromagnetische Strahlung im GHz-Bereich aus. Es wird häufig für die Synthese von Kohlenstoffmaterialien wie Diamanten, Kohlenstoff-Nanoröhren und Graphen verwendet. Die hohe Frequenz des Mikrowellenplasmas ermöglicht eine effiziente Energieübertragung und Erwärmung des behandelten Produkts.
Andererseits arbeitet das HF-Plasma im Vergleich zum Mikrowellenplasma mit einer niedrigeren Frequenz. Es erfordert eine höhere Spannung von 1.012 Volt oder mehr, um die gleiche Abscheidungsrate zu erreichen wie Gleichstromplasma (DC). Bei RF-Plasma werden mit Hilfe von Radiowellen Elektronen aus den äußeren Schalen der Gasatome entfernt, während bei DC-Plasma die Atome des Gasplasmas direkt mit Elektronen beschossen werden. Die Erzeugung von Radiowellen im RF-Plasma erfordert eine höhere Leistungsaufnahme, um die gleiche Wirkung zu erzielen wie ein Elektronenstrom im DC-Plasma.
Außerdem kann das HF-Plasma bei einem deutlich niedrigeren Kammerdruck von unter 15 mTorr aufrechterhalten werden, verglichen mit den 100 mTorr, die für DC-Plasma erforderlich sind. Dieser niedrigere Druck ermöglicht weniger Kollisionen zwischen den geladenen Plasmateilchen und dem Zielmaterial, wodurch ein direkterer Weg für die Teilchen zum Sputtern auf das Substratmaterial geschaffen wird. RF-Plasma eignet sich besonders für Zielmaterialien, die isolierende Eigenschaften haben.
Was die praktischen Vorteile anbelangt, so bieten RF-Plasmasysteme, wie z. B. Hochfrequenz (RF)-Systeme, die mit 13,56 MHz arbeiten, eine lange Betriebsdauer ohne Wartungspausen, da sie keinen Elektrodenwechsel erfordern. Außerdem können sie sowohl mit leitenden als auch mit isolierenden Zielmaterialien arbeiten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Hauptunterschied zwischen Hochfrequenz- und Mikrowellenplasma in der Frequenz, den Spannungsanforderungen, dem Kammerdruck und der Fähigkeit, mit verschiedenen Arten von Zielmaterialien zu arbeiten, liegt. Mikrowellenplasma ist durch hochfrequente elektromagnetische Strahlung gekennzeichnet und wird für die Synthese von Kohlenstoffmaterialien verwendet. HF-Plasma arbeitet mit einer niedrigeren Frequenz, erfordert eine höhere Spannung und kann bei niedrigeren Kammerdrücken betrieben werden, wodurch es sich für das Sputtern von isolierenden Zielmaterialien eignet.
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