Sputtern ist eine Technik der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD). Es beinhaltet den Ausstoß von Atomen aus der Oberfläche eines Zielmaterials. Dies geschieht durch den Beschuss mit hochenergetischen Teilchen. Bei diesen Teilchen handelt es sich in der Regel um Ionen aus einem Plasma. Dieser Prozess führt zur Abscheidung einer dünnen Schicht des Zielmaterials auf einem Substrat.
5 Schlüsselschritte im Prinzip des Sputterns
1. Erzeugung eines Plasmas und Ionenbeschleunigung
Das Sputtern beginnt mit der Erzeugung eines gasförmigen Plasmas in einer Vakuumkammer. Dies wird in der Regel durch Einleiten eines Inertgases wie Argon erreicht. Dann wird eine Hochspannung angelegt, um eine Glimmentladung zu erzeugen. Die Entladung ionisiert das Argongas und erzeugt ein Plasma, das aus Ionen und Elektronen besteht. Die Ionen werden dann durch das elektrische Feld auf ein Zielmaterial (das Sputtertarget) beschleunigt.
2. Beschuss und Ausstoß der Target-Atome
Wenn die hochenergetischen Ionen auf das Targetmaterial treffen, übertragen sie ihre Energie auf die Atome des Targets. Dies führt dazu, dass einige von ihnen von der Oberfläche abgestoßen werden. Dieser Vorgang wird als Sputtern bezeichnet. Die ausgestoßenen Atome sind in der Regel neutral, das heißt, sie sind nicht geladen.
3. Abscheidung auf dem Substrat
Die ausgestoßenen Atome wandern vom Target zu einem in der Nähe befindlichen Substrat. Während sie sich auf dem Substrat ablagern, bilden sie einen dünnen Film. Der Abscheidungsprozess kann gesteuert werden, um verschiedene Eigenschaften wie Dicke, Gleichmäßigkeit und Zusammensetzung zu erreichen. Beim reaktiven Sputtern werden beispielsweise reaktive Gase wie Stickstoff oder Sauerstoff verwendet, um Verbindungen wie Oxide oder Nitride auf dem Substrat zu bilden.
4. Vorteile und Anwendungen
Das Sputtern wird wegen seiner Fähigkeit, hochwertige, gleichmäßige und dichte dünne Schichten zu erzeugen, bevorzugt. Aufgrund seiner glatten Beschaffenheit und seiner hervorragenden Hafteigenschaften wird es häufig bei der Herstellung von Halbleitern, optischen Geräten und harten Beschichtungen eingesetzt. Mit diesem Verfahren kann auch eine breite Palette von Materialien abgeschieden werden, darunter Metalle, Legierungen und Verbindungen, was es für verschiedene industrielle Anwendungen vielseitig macht.
5. Technologische Variationen
Die Sputtertechnologie kann durch Variation von Parametern wie der Art des verwendeten Gases, der angelegten Spannung und der Konfiguration der Anlage an unterschiedliche Bedürfnisse angepasst werden. So kann zum Beispiel Hochfrequenz (RF) oder Mittelfrequenz (MF) zum Sputtern von nichtleitenden Materialien verwendet werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Sputtern eine präzise und vielseitige PVD-Technik ist. Es nutzt die Energie von Plasma-Ionen, um Atome des Zielmaterials auf Substrate zu schleudern und abzuscheiden. So entstehen dünne Schichten mit kontrollierten Eigenschaften. Dieses Verfahren ist in verschiedenen Hightech-Industrien von entscheidender Bedeutung, da es hochwertige Beschichtungen und Filme erzeugen kann.
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