Sputtern ist ein physikalisches Aufdampfverfahren, das in der Nanotechnologie eingesetzt wird.
Mit ihrer Hilfe werden dünne Materialschichten auf eine Oberfläche, das so genannte Substrat, aufgebracht.
Bei diesem Verfahren wird ein Zielmaterial mit energiereichen Ionen aus einem Plasma beschossen.
Diese Ionen bewirken, dass Atome oder Atomcluster herausgeschleudert werden und sich auf einem Substrat ablagern und einen dünnen Film bilden.
4 wichtige Schritte zum Verständnis des Sputtering-Prozesses
1. Erzeugung eines Plasmas
Der Prozess beginnt mit der Erzeugung eines gasförmigen Plasmas, einem Materiezustand, der aus geladenen Teilchen besteht.
In einem Sputtersystem wird ein Gas wie z. B. Argon ionisiert, um ein Plasma zu erzeugen.
Dies geschieht in der Regel durch elektrische Entladungen, die Elektronen aus den Gasatomen herauslösen.
Das Ergebnis ist ein Plasma, das aus positiv geladenen Ionen und freien Elektronen besteht.
2. Ionenbeschleunigung
Die Ionen aus dem Plasma werden dann in Richtung eines Zielmaterials beschleunigt.
Die positiv geladenen Ionen im Plasma werden von einem negativen Potenzial angezogen, das an das Zielmaterial angelegt wird.
Durch diese Beschleunigung wird den Ionen eine hohe kinetische Energie verliehen.
3. Auswurf von Material
Wenn die hochenergetischen Ionen mit dem Zielmaterial zusammenstoßen, übertragen sie ihre Energie auf die Zielatome.
Diese Energieübertragung reicht aus, um die Bindungsenergie der Zielatome zu überwinden.
Infolgedessen werden sie von der Oberfläche abgestoßen. Dieser Vorgang wird als Sputtern bezeichnet.
4. Abscheidung auf dem Substrat
Die ausgestoßenen Atome oder Moleküle bewegen sich in geraden Linien durch das Vakuum.
Sie können sich auf einem nahe gelegenen Substrat ablagern.
Bei dieser Abscheidung entsteht ein dünner Film des Zielmaterials auf dem Substrat.
Die Eigenschaften dieses Films, wie Dicke, Gleichmäßigkeit und Haftung, können durch die Einstellung der Sputterparameter gesteuert werden.
Zu diesen Parametern gehören die dem Plasma zugeführte Leistung, der Gasdruck und der Abstand zwischen dem Target und dem Substrat.
Das Sputtern ist bei der Herstellung von optischen Beschichtungen, Halbleiterbauelementen und Produkten der Nanotechnologie weit verbreitet.
Es wird für seine Fähigkeit geschätzt, präzise, dünne Schichten von Materialien bei relativ niedrigen Temperaturen abzuscheiden.
Die Technik ist vielseitig und ermöglicht die Abscheidung verschiedener Materialien, darunter Metalle, Oxide und Legierungen, auf unterschiedlichen Substraten.
Das macht es zu einem wichtigen Verfahren in der modernen Technologie und Forschung.
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