Sputtern ist ein Verfahren zur Herstellung dünner Schichten durch Abscheidung von Atomen auf einem Substrat.
Es handelt sich um eine Art der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), die im Vakuum stattfindet.
Dabei wird ein Zielmaterial mit hochenergetischen Teilchen beschossen, wodurch die Atome herausgeschleudert werden und sich auf einem Substrat ablagern.
Dieses Verfahren ist in verschiedenen kommerziellen und wissenschaftlichen Anwendungen weit verbreitet, da es gleichmäßige, dünne und starke Schichten auf atomarer Ebene erzeugen kann.
Was ist der Prozess des Sputterns im Vakuum? (6 Schlüsselschritte erklärt)
1. Vakuumumgebung
Das Sputtern findet in einer Vakuumkammer statt.
Dies ist wichtig, um das Vorhandensein von Luftmolekülen zu minimieren, die den Abscheidungsprozess stören könnten.
Die Vakuumumgebung gewährleistet, dass die aus dem Zielmaterial ausgestoßenen Atome ungehindert zum Substrat gelangen.
2. Bombardierung des Zielmaterials
Das Zielmaterial, das auch als Sputtertarget bezeichnet wird, wird mit hochenergetischen Teilchen beschossen.
Bei diesen Teilchen handelt es sich in der Regel um ionisierte Gasmoleküle, häufig Argon, die durch eine Hochspannung, die an das Gas in der Kammer angelegt wird, angeregt werden.
Diese Energieübertragung führt zum Ausstoß von Atomen aus der Oberfläche des Targetmaterials.
3. Ausstoß und Ablagerung von Atomen
Wenn das Zielmaterial beschossen wird, werden seine Atome aufgrund der von den auftreffenden Teilchen übertragenen kinetischen Energie herausgeschleudert.
Diese ausgestoßenen Atome, die so genannten Adatome, wandern durch die Vakuumkammer und lagern sich auf einem Substrat ab.
Das Substrat kann je nach Anwendung aus verschiedenen Materialien wie Silizium, Glas oder Kunststoff bestehen.
4. Bildung eines Dünnfilms
Die auf dem Substrat abgeschiedenen Atome bilden Keime und einen dünnen Film.
Dieser Film kann spezifische, auf die Anwendung zugeschnittene Eigenschaften haben, wie z. B. Reflexionsvermögen, elektrischer Widerstand oder Ionenleitfähigkeit.
Die Präzision des Sputterprozesses auf atomarer Ebene sorgt für eine starke Verbindung zwischen der Schicht und dem Substrat, so dass eine praktisch unzerstörbare Grenzfläche entsteht.
5. Arten von Sputtering-Prozessen
Es gibt mehrere Arten von Sputterverfahren, darunter Ionenstrahlsputtern, Diodensputtern und Magnetronsputtern.
Beim Magnetron-Sputtern wird beispielsweise ein Magnetfeld verwendet, um das Plasma in der Nähe der Target-Oberfläche einzuschließen, wodurch die Effizienz des Sputterprozesses erhöht wird.
6. Historischer Kontext
Der Sputtereffekt wurde erstmals im 19. Jahrhundert beobachtet.
Seine Entwicklung als Verfahren zur Abscheidung dünner Schichten begann im frühen 20.
Seitdem hat sich das Verfahren zu einer ausgereiften Technologie mit weit verbreiteten industriellen Anwendungen entwickelt, wie z. B. die Herstellung von gesputterten Rasierklingen in den 1960er Jahren.
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