Die Sputterausbeute von Materialien bezieht sich auf die durchschnittliche Anzahl von Atomen, die aufgrund des Zusammenstoßes jedes Ions von der Oberfläche eines Zielmaterials ausgestoßen werden.
Diese Ausbeute wird von mehreren Faktoren beeinflusst.
Zu diesen Faktoren gehören der Winkel und die Energie des Ionenstoßes, die Gewichte der Ionen und der Zielatome, die Bindungsenergie des Zielmaterials und die Betriebsbedingungen wie Plasmagasdruck und Magnetfeldstärke.
Wie hoch ist die Ausbeute beim Sputtern von Materialien? 4 Schlüsselfaktoren, die Sie kennen müssen
1. Winkel und Energie des Ioneneinschlags
Der Winkel, in dem die Ionen auf die Oberfläche des Targets treffen, und die Energie, die sie beim Aufprall haben, beeinflussen die Sputterausbeute erheblich.
In der Regel werden bei Ionen mit höherer Energie und bei Ionen, die in einem rechtwinkligen Winkel auftreffen, mehr Atome aus der Oberfläche des Targets ausgestoßen.
2. Gewichte von Ionen und Targetatomen
Die Masse der Ionen und der Targetatome spielt eine entscheidende Rolle.
Schwerere Ionen oder Targetatome führen im Allgemeinen zu einer höheren Sputterausbeute, da bei den Zusammenstößen mehr Impuls übertragen wird.
3. Bindungsenergie des Zielmaterials
Die Stärke der Bindungen zwischen den Atomen des Zielmaterials beeinflusst, wie leicht Atome ausgestoßen werden können.
Materialien mit geringerer Bindungsenergie lassen sich leichter sputtern und haben daher eine höhere Ausbeute.
4. Betriebsbedingungen
Faktoren wie der Plasmagasdruck und das Vorhandensein von Magnetfeldern (insbesondere beim Magnetronsputtern) können die Dichte und Energie der Ionen, die das Target erreichen, beeinflussen.
Diese Faktoren beeinflussen somit die Sputterausbeute.
Sputterausbeute und Materialabscheidung
Die Sputterausbeute wirkt sich direkt auf die Rate aus, mit der Material auf einem Substrat abgeschieden werden kann, die so genannte Sputterrate.
Diese Rate wird anhand der folgenden Formel berechnet: [ \text{Sputterrate} = \frac{MSj}{pN_Ae} ] wobei ( M ) das Molgewicht des Targets, ( S ) die Sputterausbeute, ( j ) die Ionenstromdichte, ( p ) die Materialdichte, ( N_A ) die Avogadrosche Zahl und ( e ) die Elektronenladung ist.
Diese Formel veranschaulicht, wie die Optimierung der Sputterausbeute die Effizienz von Dünnschichtabscheidungsprozessen verbessern kann.
Anwendungen und Beschränkungen des Sputterns
Sputtern wird in verschiedenen Industriezweigen für die Abscheidung von Dünnschichten eingesetzt, von reflektierenden Beschichtungen bis hin zu modernen Halbleiterbauelementen.
Es hat jedoch auch Nachteile, wie z. B. hohe Investitionskosten, relativ niedrige Abscheidungsraten für einige Materialien und die Möglichkeit, dass Verunreinigungen in das Substrat eingebracht werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Sputterausbeute ein kritischer Parameter bei Materialabscheidungsprozessen ist, der von einem komplexen Zusammenspiel physikalischer und betrieblicher Faktoren beeinflusst wird.
Das Verständnis und die Optimierung dieser Faktoren können zu einem effizienteren und effektiveren Einsatz der Sputtertechnologie in verschiedenen Anwendungsbereichen führen.
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