Die Sputterdeposition ist ein Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD).
Dabei werden Atome aus einem festen Zielmaterial durch den Beschuss mit hochenergetischen Teilchen herausgeschleudert.
Diese ausgestoßenen Atome werden dann auf einem Substrat abgeschieden, um einen dünnen Film zu bilden.
Das Verfahren verwendet eine Vakuumkammer, ein kontrolliertes Gas (in der Regel Argon) und die elektrische Erregung einer Kathode zur Erzeugung eines Plasmas.
Die 5 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Aufbau der Vakuumkammer
Das Verfahren beginnt in einer Vakuumkammer.
Ein kontrolliertes Gas, in der Regel Argon, wird eingeleitet.
Die Vakuumumgebung ist von entscheidender Bedeutung, da sie die Anzahl der Gasmoleküle reduziert, die den Abscheidungsprozess stören könnten.
2. Erzeugung des Plasmas
Eine Kathode, d. h. das Sputtertarget aus dem abzuscheidenden Material, wird elektrisch erregt.
Durch diese Energiezufuhr wird ein Plasma durch Ionisierung des Argongases erzeugt.
Das Plasma besteht aus freien Elektronen und Argon-Ionen.
3. Ionenbombardement
Die freien Elektronen im Plasma werden zur Anode hin beschleunigt.
Sie stoßen mit Argonatomen zusammen und wandeln sie in positiv geladene Argon-Ionen um.
Diese Ionen werden dann von der negativ geladenen Kathode (Sputtertarget) angezogen und prallen mit hoher Geschwindigkeit auf sie.
4. Auswurf von Target-Atomen
Die hochenergetischen Kollisionen zwischen den Argon-Ionen und dem Targetmaterial bewirken, dass Atome aus dem Target herausgeschleudert oder "gesputtert" werden.
Dies ist der Schlüsselmechanismus der Sputterabscheidung.
Die Impulsübertragung von den Ionen auf die Targetatome führt zu deren Ausstoß.
5. Abscheidung auf dem Substrat
Die ausgestoßenen Atome wandern durch das Vakuum und lagern sich auf einem in der Nähe befindlichen Substrat ab.
Das Substrat kann aus verschiedenen Materialien wie Silizium, Glas oder Kunststoff bestehen.
Die abgeschiedene Schicht kann je nach Zielmaterial und Prozessparametern bestimmte Eigenschaften wie Reflexionsvermögen, elektrische Leitfähigkeit oder mechanische Härte aufweisen.
6. Optimierung und Kontrolle
Der Sputterprozess kann durch die Einstellung verschiedener Parameter optimiert werden.
Dazu gehören der Gasdruck, die an die Kathode angelegte Leistung, der Abstand zwischen dem Target und dem Substrat sowie der Abscheidungswinkel.
Auf diese Weise lassen sich die Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht, einschließlich ihrer Dicke, Gleichmäßigkeit und Struktur, steuern.
Historische Entwicklung und Anwendungen
Die Sputterdeposition wurde erstmals Mitte des 19. Jahrhunderts beobachtet.
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde es als Verfahren zur Abscheidung dünner Schichten entwickelt.
Jahrhunderts als Dünnschichtverfahren entwickelt. Seitdem hat es sich mit Fortschritten in der Vakuumtechnik und der Einführung von Verfahren wie dem Magnetronsputtern weiterentwickelt.
Heute ist sie in verschiedenen Branchen weit verbreitet, darunter Elektronik, Optik und Fertigung.
Zu den Anwendungen gehören die Beschichtung von Computerfestplatten, integrierten Schaltkreisen und optischen Filmen.
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