Der Mechanismus des reaktiven Sputterns beinhaltet eine chemische Reaktion zwischen Atomen, die aus einem Metalltarget gesputtert werden, und reaktiven Gasmolekülen, die aus einem Entladungsgas auf das Substrat diffundieren. Bei dieser Reaktion entstehen zusammengesetzte dünne Schichten, die als Beschichtungsmaterial auf dem Substrat dienen.
Beim reaktiven Sputtern wird ein nicht inertes Gas, z. B. Sauerstoff oder Stickstoff, zusammen mit einem elementaren Targetmaterial, wie z. B. Silizium, in die Sputterkammer eingeleitet. Wenn die Metallmoleküle aus dem Target die Substratoberfläche erreichen, reagieren sie mit den Molekülen des reaktiven Gases und bilden eine neue Verbindung. Diese Verbindung wird dann als dünner Film auf dem Substrat abgeschieden.
Die bei diesem Verfahren verwendeten reaktiven Gase, wie Stickstoff oder Sauerstoff, reagieren chemisch mit den Metallmolekülen auf der Substratoberfläche, was zur Bildung einer harten Schicht führt. Das reaktive Sputtering-Verfahren kombiniert die Prinzipien des herkömmlichen Sputterns und der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD). Beim reaktiven Sputtern wird eine große Menge an reaktivem Gas für das Schichtwachstum verwendet, wobei das überschüssige Gas abgepumpt wird. Das Sputtern von Metallen erfolgt schneller als das von Verbindungen, die langsamer sputtern.
Die Einführung eines reaktiven Gases in die Sputterkammer, wie Sauerstoff oder Stickstoff, ermöglicht die Herstellung von Oxid- bzw. Nitridschichten. Die Zusammensetzung der Schicht kann durch die Einstellung des relativen Drucks des Inertgases und des reaktiven Gases gesteuert werden. Die Stöchiometrie der Schicht ist ein wichtiger Parameter für die Optimierung der funktionellen Eigenschaften, z. B. der Spannung in SiNx und des Brechungsindex von SiOx.
Beim reaktiven Sputtern müssen Parameter wie der Partialdruck von Arbeits- (oder Inert-) und Reaktivgasen richtig gesteuert werden, um die gewünschten Abscheidungen zu erzielen. Der Prozess weist ein hystereseähnliches Verhalten auf, so dass es notwendig ist, ideale Arbeitspunkte für eine effiziente Schichtabscheidung zu finden. Es wurden Modelle wie das Berg-Modell vorgeschlagen, um die Auswirkungen des reaktiven Gases auf den Sputterprozess abzuschätzen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das reaktive Sputtern eine Variante des Plasmasputterns ist, bei dem eine chemische Reaktion zwischen gesputterten Atomen und reaktiven Gasen stattfindet, die zur Abscheidung von zusammengesetzten dünnen Schichten auf einem Substrat führt. Die Zusammensetzung der Schicht kann durch die Einstellung des relativen Drucks der Inert- und Reaktivgase gesteuert werden.
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