Beim Magnetfeldsputtern von DC-Magnetrons wird ein Magnetfeld zur Verbesserung des Sputterprozesses in einer DC-Entladung eingesetzt. Diese Methode erhöht die Effizienz des Sputterprozesses, indem Elektronen in der Nähe der Targetoberfläche eingefangen werden, wodurch die Ionisierungsrate und die Sputterrate erhöht werden.
5 Schlüsselpunkte werden erklärt
1. Konfiguration des Magnetfeldes
Beim DC-Magnetron-Sputtern wird hinter der Kathodenplatte ein zusätzliches Magnetfeld angelegt. Dieses Feld ist so ausgelegt, dass es parallel zur Oberfläche des Targets verläuft. Die Magnetfeldlinien sind so angeordnet, dass ein geschlossener Pfad entsteht, der die Elektronen in der Nähe des Targets einfängt, anstatt sie in den umgebenden Raum entweichen zu lassen.
2. Wirkung auf Elektronen
Die Überlagerung des elektrischen Feldes (senkrecht zur Oberfläche des Targets) und des Magnetfeldes führt dazu, dass sich die geladenen Teilchen, insbesondere die Elektronen, in zykloiden Bahnen bewegen und nicht in geraden Linien. Diese spiralförmige Bewegung vergrößert die Weglänge der Elektronen über die Zieloberfläche erheblich, was zu mehr Zusammenstößen mit Gasatomen und damit zu höheren Ionisierungsraten führt.
3. Erhöhte Ionisierung und Sputtering-Rate
Die erhöhte Ionisierung durch die eingefangenen Elektronen führt zu einer höheren Dichte von Ionen in der Nähe des Targets. Diese Ionen werden durch das elektrische Feld in Richtung des Targets beschleunigt, wo sie Sputtering verursachen. Das Magnetfeld beeinflusst die Bewegung der Ionen aufgrund ihrer größeren Masse nicht wesentlich, so dass sie sich weiterhin in geraden Linien auf das Target zubewegen, was zu einer effizienten Zerstäubung führt.
4. Betriebliche Vorteile
Durch den Einsatz eines Magnetfelds beim DC-Magnetron-Sputtern kann der Prozess bei niedrigeren Drücken (etwa 100 Pa) und Spannungen (etwa -500 V) betrieben werden als beim konventionellen Sputtern, das in der Regel höhere Drücke (10 Pa) und Spannungen (zwischen -2 kV und 3 kV) erfordert. Dadurch wird nicht nur der Energieverbrauch gesenkt, sondern auch der Einbau von Hintergrundgasen in die wachsende Schicht minimiert und die Energieverluste der gesputterten Atome aufgrund von Gaszusammenstößen verringert.
5. Anwendungen und Konfigurationen
Das Gleichstrom-Magnetron-Sputtern wird häufig für die Abscheidung leitfähiger Materialien unter Verwendung einer Gleichstromversorgung eingesetzt. Die Konfiguration des Magnetfelds kann variiert werden, wobei symmetrische Konfigurationen das Plasma auf den Zielbereich beschränken und unsymmetrische Konfigurationen einige Magnetfeldlinien in Richtung des Substrats ausdehnen lassen. Diese Flexibilität ermöglicht maßgeschneiderte Lösungen je nach den spezifischen Anwendungsanforderungen.
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