Sputtern ist eine Technik der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), mit der dünne Schichten auf ein Substrat aufgebracht werden.
Dabei werden durch den Beschuss mit hochenergetischen Teilchen Atome aus einem Zielmaterial ausgestoßen.
Bei diesem Verfahren wird ein kontrolliertes Gas, in der Regel Argon, in eine Vakuumkammer eingeleitet und eine Kathode mit elektrischer Energie versorgt, um ein selbsterhaltendes Plasma zu erzeugen.
Die Gasatome werden im Plasma in positiv geladene Ionen umgewandelt und in Richtung des Ziels beschleunigt, wobei Atome oder Moleküle herausgelöst werden, die dann einen Dampfstrom bilden, der sich als Film oder Beschichtung auf dem Substrat ablagert.
Was ist das Sputtering-Verfahren? Die 6 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Aufbau der Vakuumkammer
Der Prozess beginnt in einer Vakuumkammer, in der der Druck erheblich reduziert ist, um eine bessere Kontrolle und Effizienz des Sputterprozesses zu ermöglichen.
Diese Umgebung minimiert das Vorhandensein anderer Gase, die den Abscheidungsprozess stören könnten.
2. Einführung von Argongas
Argon, ein chemisch inertes Gas, wird in die Vakuumkammer eingeleitet.
Durch seine Inertheit wird sichergestellt, dass es nicht mit den Materialien in der Kammer reagiert, so dass die Integrität des Sputterprozesses gewahrt bleibt.
3. Erzeugung des Plasmas
Ein elektrischer Strom wird an eine Kathode in der Kammer angelegt, die das Zielmaterial enthält.
Diese elektrische Energie ionisiert das Argongas und erzeugt ein Plasma.
In diesem Zustand verlieren die Argonatome Elektronen und werden zu positiv geladenen Ionen.
4. Ionenbombardement
Die positiv geladenen Argon-Ionen werden dann durch das elektrische Feld auf das negativ geladene Zielmaterial (Kathode) beschleunigt.
Wenn diese hochenergetischen Ionen mit dem Target zusammenstoßen, lösen sie Atome oder Moleküle von der Oberfläche des Targets ab.
5. Abscheidung auf dem Substrat
Das abgelöste Material bildet einen Dampfstrom, der durch die Kammer strömt und sich auf einem in der Nähe befindlichen Substrat ablagert.
Durch diese Abscheidung entsteht ein dünner Film des Zielmaterials auf dem Substrat, der für verschiedene Herstellungsverfahren wie Halbleiter, optische Geräte und Solarzellen entscheidend ist.
6. Anwendungen und Variationen
Das Sputtern ist in der Industrie für die Abscheidung von Dünnschichten weit verbreitet, da sich die Dicke und Gleichmäßigkeit der Schicht genau steuern lässt.
Es wird auch in der Oberflächenphysik zur Reinigung und Analyse der chemischen Zusammensetzung von Oberflächen eingesetzt.
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