Die Wirkung der Leistung beim Sputtern ist von großer Bedeutung, da sie sich direkt auf die Energie der beschossenen Teilchen auswirkt, was wiederum die Sputterausbeute und die Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht beeinflusst. Höhere Leistungen führen in der Regel zu einer höheren kinetischen Energie der Teilchen, was zu einer höheren Sputterausbeute und potenziell besseren Schichteigenschaften wie Haftung und Dichte führt. Eine zu hohe Leistung kann jedoch auch zu einer Verschlechterung des Targetmaterials und einer stärkeren Erwärmung des Substrats führen, was bei bestimmten Anwendungen nicht wünschenswert ist.
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Auswirkungen auf die Sputterausbeute: Die beim Sputtern eingesetzte Leistung, insbesondere die verwendete Spannung und Frequenz (Gleichstrom oder Hochfrequenz), wirkt sich direkt auf die Energie der beschossenen Teilchen aus. In dem Energiebereich, in dem das Sputtern stattfindet (10 bis 5000 eV), steigt die Sputterausbeute mit der Teilchenmasse und -energie. Das bedeutet, dass mit zunehmender Leistung (und damit Energie der Ionen) mehr Atome pro einfallendem Ion aus dem Target geschleudert werden, was die Abscheiderate des Films erhöht.
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Eigenschaften des Films: Die Energie der Teilchen beeinflusst auch die Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht. Teilchen mit höherer Energie können tiefer in das Targetmaterial eindringen, was zu einer besseren Durchmischung und möglicherweise zu gleichmäßigeren und dichteren Schichten führt. Dadurch können die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Schicht verbessert werden. Ist die Energie jedoch zu hoch, kann es zu einer übermäßigen Erwärmung und Beschädigung des Substrats oder des Zielmaterials kommen, was die Qualität der Schicht beeinträchtigen kann.
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Substraterwärmung und Seitenwandabdeckung: Die kinetische Energie der gesputterten Atome bewirkt eine Erwärmung des Substrats während der Abscheidung. Diese Erwärmung kann für die Verbesserung der Haftung der Schicht auf dem Substrat von Vorteil sein, kann aber auch nachteilig sein, wenn sie das Wärmebudget des Substratmaterials überschreitet. Außerdem führt die nicht normale Beschaffenheit des Plasmas beim Sputtern zu einer Beschichtung der Seitenwände von Merkmalen auf dem Substrat, was für konforme Beschichtungen von Vorteil ist, aber den Abhebeprozess erschweren kann.
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Bevorzugtes Sputtern und Materialzusammensetzung: Bei Multikomponententargets kann die Effizienz der Energieübertragung zwischen den einzelnen Komponenten variieren. Eine höhere Leistung kann zunächst dazu führen, dass eine Komponente gegenüber anderen bevorzugt gesputtert wird, wodurch sich die Oberflächenzusammensetzung des Targets verändert. Ein längerer Beschuss kann jedoch zu einer Rückkehr zur ursprünglichen Zusammensetzung führen, da sich die Oberfläche mit der weniger gesputterten Komponente anreichert.
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Schwellenenergie für Sputtering: Es gibt eine Mindest-Energieschwelle für das Sputtern, in der Regel im Bereich von zehn bis hundert eV, unterhalb derer kein Sputtern stattfindet. Durch eine Erhöhung der Leistung kann sichergestellt werden, dass die Energie der beschossenen Teilchen diesen Schwellenwert überschreitet, wodurch der Sputterprozess erleichtert wird.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Leistung beim Sputtern ein kritischer Parameter ist, der sich auf die Effizienz des Sputterprozesses, die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten und die Unversehrtheit der Target- und Substratmaterialien auswirkt. Die Abstimmung der Leistungspegel ist entscheidend für die Optimierung des Sputterprozesses für bestimmte Anwendungen und Materialien.
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