Die Sputterspannung eines Magnetrons liegt in der Regel bei -300 V.
Diese Spannung wird in einer Magnetron-Sputteranlage an das Target angelegt.
Das Magnetronsputtern ist ein Verfahren zur physikalischen Abscheidung aus der Gasphase, bei dem dünne Schichten aus einem festen Targetmaterial auf ein Substrat aufgebracht werden.
Was ist die Sputterspannung eines Magnetrons? (5 Schlüsselpunkte erklärt)
1. Anlegen der Spannung
Wenn das Magnetron mit Strom versorgt wird, wird eine negative Spannung, in der Regel etwa -300 V, an das Target angelegt.
Diese Spannung ist negativ im Vergleich zur umgebenden Plasmaumgebung, die auf einem höheren, positiven Potenzial gehalten wird.
2. Ionenanziehung
Die negative Spannung am Target zieht positive Ionen aus dem Plasma an.
Bei diesen Ionen handelt es sich in einem Sputtersystem in der Regel um Argon-Ionen, die durch Ionisierung von Argon-Gas in der Vakuumkammer erzeugt werden.
3. Energieübertragung und Sputtern
Wenn diese positiven Ionen mit der Oberfläche des Targets kollidieren, übertragen sie Energie.
Ist die übertragene Energie größer als das Dreifache der Oberflächenbindungsenergie des Targetmaterials (entspricht in etwa der Sublimationswärme), werden Atome aus der Targetoberfläche herausgeschleudert, ein Prozess, der als Sputtern bezeichnet wird.
4. Plasmastabilität und Wirkungsgrad
Die Elektronen im Plasma legen aufgrund des Magnetfelds eine längere Strecke zurück, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass mehr Argonatome ionisiert werden und ein stabiles Plasma mit hoher Ionendichte erhalten bleibt.
Dank dieser effizienten Ionisierung kann der Sputterprozess bei niedrigeren Drücken (ca. 100 Pa) und niedrigeren Spannungen (ca. -500 V) durchgeführt werden, verglichen mit dem konventionellen Sputtern, für das höhere Spannungen (zwischen -2 kV und 3 kV) und niedrigere Drücke (ca. 10 Pa) erforderlich sein können.
5. Vorteile des Niederspannungsbetriebs
Der Betrieb bei niedrigeren Spannungen (unter 1000 V) und hohen Strömen ist beim Magnetronsputtern effizienter als beim DC-Diodensputtern.
Diese Effizienz ist darauf zurückzuführen, dass das Magnetfeld die Elektronen in der Nähe des Targets einschließt, was die Ionisierung und damit die Abscheidungsrate erhöht.
Bei niedrigeren Spannungen sind auch die Lichtbögen weniger heftig und leichter zu handhaben, was für die Aufrechterhaltung der Integrität des Abscheidungsprozesses und der Qualität der abgeschiedenen Schichten entscheidend ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Sputterspannung in einer Magnetronanlage für die Einleitung und Aufrechterhaltung des Sputterprozesses von entscheidender Bedeutung ist, wobei die typischen Werte bei etwa -300 V liegen.
Diese Spannung erleichtert den effizienten Ausstoß der Atome des Zielmaterials, was zur Abscheidung von dünnen Schichten mit kontrollierten Eigenschaften führt.
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