Beim chemischen Sputtern werden Atome aus einem festen Zielmaterial durch den Beschuss mit energiereichen Ionen, in der Regel aus einem Inertgas wie Argon, in die Gasphase geschleudert. Diese Technik ist weit verbreitet, um dünne Schichten auf Substraten abzuscheiden, und sie kann auch reaktive Gase einbeziehen, um spezifische chemische Zusammensetzungen in der abgeschiedenen Schicht zu erzeugen.
Zusammenfassung des Prozesses:
- Ionisierung und Beschleunigung: In einer Hochvakuumumgebung wird ein inertes Gas wie Argon ionisiert und durch ein elektrisches Feld auf ein Zielmaterial beschleunigt.
- Bombardierung und Sputtern: Die energiereichen Ionen stoßen mit dem Target zusammen, wobei durch Impulsübertragung Atome aus dem Target herausgeschleudert werden.
- Abscheidung auf dem Substrat: Die herausgeschleuderten Atome wandern durch das Vakuum und werden als dünner Film auf einem Substrat abgeschieden, wo sie eine Schicht mit spezifischen Eigenschaften bilden.
Ausführliche Erläuterung:
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Ionisierung und Beschleunigung: Der Sputterprozess beginnt in einer Vakuumkammer, in die ein inertes Gas, normalerweise Argon, eingeleitet wird. Es wird eine Hochspannung angelegt, die eine Glimmentladung erzeugt, die das Argongas ionisiert. Diese Ionen werden dann durch ein elektrisches Feld in Richtung des Zielmaterials beschleunigt.
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Bombardierung und Sputtern: Wenn die energiereichen Argon-Ionen auf das Target treffen, übertragen sie ihre Energie und ihren Impuls durch eine Reihe von unelastischen Stößen auf die Target-Atome. Diese Energieübertragung reicht aus, um die Bindungskräfte zu überwinden, die die Targetatome im Gitter halten, so dass sie in einem als Sputtern bezeichneten Prozess von der Oberfläche abgestoßen werden.
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Abscheidung auf dem Substrat: Die ausgestoßenen Target-Atome, die sich nun in der Gasphase befinden, wandern durch die Vakuumkammer und werden auf einem in der Nähe befindlichen Substrat abgeschieden. Bei dieser Abscheidung entsteht ein dünner Film mit Eigenschaften, die durch das Targetmaterial und die verwendeten reaktiven Gase bestimmt werden. Wird beispielsweise ein reaktives Gas wie Stickstoff oder Acetylen zugeführt, kann es mit den ausgestoßenen Target-Atomen reagieren und zur Bildung von Verbindungen wie Nitriden oder Karbiden führen, was als reaktives Sputtern bezeichnet wird.
Dieses Verfahren lässt sich sehr gut steuern, so dass Dicke und Zusammensetzung der abgeschiedenen Schichten genau eingestellt werden können, so dass es sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignet, von dekorativen Beschichtungen bis hin zu Funktionsschichten in elektronischen Geräten. Die atomistische Beschaffenheit des Sputterverfahrens gewährleistet außerdem glatte, gleichmäßige Schichten, die für Anwendungen, die hohe Präzision und Qualität erfordern, von entscheidender Bedeutung sind.
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