Beim Sputtern werden mit Hilfe von hochenergetischen Teilchen Atome von der Oberfläche eines Materials verdrängt. Dies führt zur Bildung eines dünnen Films auf einem Substrat.
Das Verfahren findet in einer Vakuumkammer statt. In diese Kammer wird ein kontrolliertes Gas, in der Regel Argon, eingeleitet.
Dann wird ein elektrisches Feld angelegt, um ein Plasma zu erzeugen. Dadurch werden die Gasatome in positiv geladene Ionen umgewandelt.
Diese Ionen werden in Richtung eines Zielmaterials beschleunigt. Sie kollidieren mit der Oberfläche und stoßen Atome aus dem Target aus.
Die ausgestoßenen Atome wandern durch die Kammer und lagern sich auf einem Substrat ab. So entsteht ein dünner Film.
Was ist das Prinzip des Sputtering-Prozesses? Die 6 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Aufbau der Vakuumkammer
Das Sputtering-Verfahren beginnt in einer Vakuumkammer. Dies ist notwendig, um die Umgebung zu kontrollieren und das Vorhandensein von anderen Gasen zu reduzieren. Das Vakuum gewährleistet, dass die vom Target ausgestoßenen Atome ungehindert zum Substrat gelangen können.
2. Einleiten von Argongas
Argon wird in die Vakuumkammer eingeleitet. Es ist chemisch inert und reagiert nicht mit den üblicherweise beim Sputtern verwendeten Materialien. Dadurch wird sichergestellt, dass der Sputterprozess nicht durch unerwünschte chemische Reaktionen beeinträchtigt wird.
3. Erzeugung des Plasmas
Ein elektrisches Feld wird an das Argongas angelegt. Dadurch wird es ionisiert und bildet ein Plasma. In diesem Zustand verlieren die Argonatome Elektronen und werden zu positiv geladenen Ionen. Das Plasma ist aufgrund der kontinuierlichen Ionisierung des Gases durch das elektrische Feld selbsterhaltend.
4. Ionenbeschleunigung und Targetbeschuss
Die positiv geladenen Argon-Ionen werden durch das elektrische Feld in Richtung eines Zielmaterials beschleunigt. Bei dem Target handelt es sich in der Regel um ein Stück des Materials, das auf das Substrat aufgebracht werden soll. Wenn diese hochenergetischen Ionen mit dem Target zusammenstoßen, übertragen sie ihre kinetische Energie auf die Targetatome, wodurch einige von ihnen von der Oberfläche abgestoßen werden.
5. Auswurf und Ablagerung von Target-Atomen
Die ausgestoßenen Target-Atome bilden einen Dampfstrom, der durch die Kammer strömt. Sie stoßen schließlich mit dem Substrat zusammen und haften an ihm, wodurch ein dünner Film entsteht. Diese Abscheidung erfolgt auf atomarer Ebene, wodurch eine starke Verbindung zwischen dem Film und dem Substrat gewährleistet wird.
6. Sputterausbeute und Wirkungsgrad
Die Effizienz des Sputterprozesses wird anhand der Sputterausbeute gemessen. Dies ist die Anzahl der Atome, die pro einfallendem Ion aus dem Target ausgestoßen werden. Zu den Faktoren, die die Sputterausbeute beeinflussen, gehören die Energie und Masse der einfallenden Ionen, die Masse der Targetatome und die Bindungsenergie des festen Materials.
Das Sputtern ist eine vielseitige Technik, die in verschiedenen Anwendungen eingesetzt wird. Dazu gehören die Herstellung dünner Schichten, die Gravur, die Materialerosion und analytische Verfahren. Es handelt sich um ein präzises und kontrollierbares Verfahren zur Abscheidung von Materialien in einem sehr feinen Maßstab, was es für zahlreiche technische und wissenschaftliche Bereiche wertvoll macht.
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