Technisches Team · Kintek Solution

Beim Sputtern werden sowohl inerte als auch reaktive Gase verwendet, je nach dem gewünschten Ergebnis und den Eigenschaften des Zielmaterials.Inertgase wie Argon werden am häufigsten verwendet, da sie chemisch nicht reaktiv sind und eine effiziente Impulsübertragung ermöglichen.Für leichte Elemente wird Neon bevorzugt, während Krypton oder Xenon für schwerere Elemente verwendet werden, um eine effektive Zerstäubung zu gewährleisten.Reaktive Gase wie Sauerstoff, Stickstoff oder Acetylen werden eingesetzt, um durch chemische Reaktionen während des Sputterprozesses dünne Schichten aus Verbindungen wie Oxiden, Nitriden oder Carbiden zu erzeugen.Die Wahl des Gases richtet sich nach dem Zielmaterial, der gewünschten Schichtzusammensetzung und den spezifischen Anforderungen der Anwendung.

Die wichtigsten Punkte erklärt:

1. Inertgase beim Sputtern:

   • Argon (Ar):Das am häufigsten verwendete Inertgas beim Sputtern aufgrund seiner hohen Verfügbarkeit, seiner geringen Kosten und seiner effizienten Impulsübertragungseigenschaften.Argon ist chemisch inert, d. h. es reagiert nicht mit dem Zielmaterial und ist daher ideal für die Abscheidung reiner Metallschichten.
   • Neon (Ne):Wird für das Sputtern von leichten Elementen verwendet, da sein Atomgewicht näher an dem von leichteren Zielmaterialien liegt, was eine effiziente Energieübertragung gewährleistet.
   • Krypton (Kr) und Xenon (Xe):Diese schwereren Inertgase werden für die Zerstäubung schwerer Elemente verwendet.Aufgrund ihres höheren Atomgewichts können sie den Impuls effektiver auf die schwereren Zielatome übertragen.

2. Reaktive Gase beim Sputtern:

   • Sauerstoff (O₂):Wird zur Abscheidung von Oxidschichten verwendet.Wenn Sauerstoff mit dem gesputterten Material reagiert, bildet er Verbindungen wie Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Titandioxid (TiO₂).
   • Stickstoff (N₂):Wird zur Herstellung von Nitridschichten wie Titannitrid (TiN) oder Siliziumnitrid (Si₃N₄) verwendet, die häufig wegen ihrer Härte und Verschleißfestigkeit eingesetzt werden.
   • Acetylen (C₂H₂):Wird beim reaktiven Sputtern verwendet, um Karbidschichten wie Titankarbid (TiC) abzuscheiden, die für ihre Haltbarkeit und thermische Stabilität geschätzt werden.

3. Überlegungen zum Impulstransfer:

   • Die Effizienz des Sputterprozesses hängt von der Impulsübertragung zwischen den Ionen des Sputtergases und den Atomen des Zielmaterials ab.Um optimale Ergebnisse zu erzielen, sollte das Atomgewicht des Sputtergases nahe an dem des Zielmaterials liegen.
   • Leichte Elemente:Neon wird bevorzugt, weil es ein ähnliches Atomgewicht wie die leichten Elemente hat und somit eine effiziente Energieübertragung gewährleistet.
   • Schwere Elemente:Für schwere Elemente werden Krypton oder Xenon verwendet, da sie aufgrund ihres höheren Atomgewichts besser mit dem Zielmaterial übereinstimmen.

4. Reaktives Sputtering-Verfahren:

   • Beim reaktiven Sputtern werden reaktive Gase eingesetzt, die mit dem gesputterten Material chemisch reagieren und Verbindungen auf dem Substrat bilden.Dieser Prozess kann auf drei Arten ablaufen:
     • Auf der Zieloberfläche:Das reaktive Gas reagiert mit dem Targetmaterial, bevor die Zerstäubung erfolgt.
     • In-Flight:Das reaktive Gas reagiert mit den gesputterten Atomen auf ihrem Weg zum Substrat.
     • Auf dem Substrat:Das reaktive Gas reagiert mit dem abgeschiedenen Material auf der Substratoberfläche.

5. Vorteile der Verwendung von Inertgasen:

   • Chemische Inertheit:Inertgase reagieren nicht mit dem Zielmaterial und gewährleisten die Abscheidung reiner Metallschichten.
   • Kontrollierte Abscheidung:Da es keine chemischen Reaktionen gibt, lässt sich der Abscheidungsprozess genau steuern, so dass die gewünschten Schichteigenschaften leichter erreicht werden können.

6. Vorteile der Verwendung reaktiver Gase:

   • Bildung von Verbindungen:Reaktive Gase ermöglichen die Abscheidung von Verbundschichten mit spezifischen Eigenschaften, wie z. B. Härte, Verschleißfestigkeit oder optische Merkmale.
   • Vielseitigkeit:Die Fähigkeit, eine breite Palette von Verbindungen abzuscheiden, macht das reaktive Sputtern zu einem vielseitigen Verfahren für verschiedene Anwendungen, darunter Beschichtungen für Schneidwerkzeuge, optische Beschichtungen und Halbleiterbauelemente.

7. Auswahlkriterien für Sputtering-Gase:

   • Ziel Material:Die Wahl des Gases hängt von der Atommasse und den chemischen Eigenschaften des Zielmaterials ab.
   • Gewünschte Filmzusammensetzung:Die Art des verwendeten Gases bestimmt, ob die abgeschiedene Schicht ein reines Metall oder eine Verbindung ist.
   • Prozess-Parameter:Faktoren wie Druck, Temperatur und Gasdurchflussmenge können die Wahl des Gases und das Ergebnis des Sputterverfahrens beeinflussen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass beim Sputtern eine Kombination aus inerten und reaktiven Gasen verwendet wird, um bestimmte Schichteigenschaften und -zusammensetzungen zu erzielen.Inertgase wie Argon, Neon, Krypton und Xenon werden wegen ihrer effizienten Impulsübertragung und fehlenden chemischen Reaktivität verwendet, während reaktive Gase wie Sauerstoff, Stickstoff und Acetylen zur Abscheidung von Verbundschichten mit maßgeschneiderten Eigenschaften eingesetzt werden.Die Auswahl des geeigneten Gases hängt vom Zielmaterial, der gewünschten Schichtzusammensetzung und den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab.

Zusammenfassende Tabelle:

Gasart	Beispiele	Wichtigste Verwendungszwecke
Inerte Gase	Argon (Ar), Neon (Ne), Krypton (Kr), Xenon (Xe)	Effizienter Impulstransfer; ideal für reine Metallfilme.Neon für leichte Elemente, Kr/Xe für schwere Elemente.
Reaktive Gase	Sauerstoff (O₂), Stickstoff (N₂), Acetylen (C₂H₂)	Bildet Verbundschichten (Oxide, Nitride, Karbide) mit maßgeschneiderten Eigenschaften.

Benötigen Sie Hilfe bei der Auswahl des richtigen Gases für Ihr Sputtering-Verfahren? Kontaktieren Sie noch heute unsere Experten !