Für die Abscheidung dünner Schichten gibt es zwei gängige Verfahren: Sputtern und thermisches Verdampfen.
Diese Verfahren unterscheiden sich erheblich in ihrer Funktionsweise und in den Bedingungen, unter denen sie arbeiten.
1. Mechanismen der Abscheidung
Thermische Verdampfung: Bei dieser Methode wird ein Material erhitzt, bis es verdampft.
Der Dampf kondensiert dann auf einem kühleren Substrat und bildet eine dünne Schicht.
Sputtern: Bei diesem Verfahren werden in einer Plasmaumgebung Atome aus einem Zielmaterial auf ein Substrat geschleudert.
2. Prozessbedingungen
Thermische Verdampfung: Das Material wird auf eine hohe Temperatur erhitzt, oft unter Verwendung von Techniken wie Widerstandsheizung, Elektronenstrahlheizung oder Laserheizung.
Die eingesetzte Energie ist in erster Linie thermisch, und die Verdampfungsrate hängt von der Temperatur des Ausgangsmaterials ab.
Sputtern: Bei diesem Verfahren wird ein Zielmaterial durch eine Plasmaentladung mit hochenergetischen Teilchen beschossen, bei denen es sich in der Regel um inerte Gase wie Argon handelt.
Durch den Aufprall werden Atome aus dem Target herausgelöst, die sich dann auf einem Substrat ablagern.
3. Vorteile und Nachteile
Thermische Verdampfung:
- Geeignet für Materialien mit niedrigerem Schmelzpunkt.
- Im Allgemeinen kostengünstiger und einfacher in der Anwendung.
- Ergibt oft weniger dichte Schichten und kann Verunreinigungen einbringen, wenn das Tiegelmaterial das verdampfte Material verunreinigt.
Sputtern:
- Bietet eine bessere Stufenbedeckung, was bedeutet, dass unebene Oberflächen gleichmäßiger beschichtet werden können.
- Ermöglicht Filme mit höherer Reinheit und kann eine breite Palette von Materialien abscheiden, einschließlich solcher mit hohen Schmelzpunkten.
- Die Abscheiderate ist im Allgemeinen niedriger und der Betrieb ist komplexer und kostspieliger.
4. Vergleich und Überlegungen
Energie und Reinheit:
- Das Sputtern arbeitet in einer Plasmaumgebung mit höheren kinetischen Energien, was zu einer reineren und präziseren Abscheidung auf atomarer Ebene führt.
- Die thermische Verdampfung ist zwar einfacher, kann aber aufgrund einer möglichen Tiegelverunreinigung zu weniger reinen Schichten führen.
Abscheiderate und Gleichmäßigkeit:
- Die thermische Verdampfung hat in der Regel eine höhere Abscheidungsrate, beschichtet aber komplexe oder unebene Oberflächen möglicherweise nicht so gleichmäßig wie das Sputtern.
Materialeignung:
- Die thermische Verdampfung ist besser für Materialien mit niedrigeren Schmelzpunkten geeignet.
- Das Sputtern kann eine breitere Palette von Materialien verarbeiten, darunter auch Materialien mit hohem Schmelzpunkt.
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