Die Sputterbeschichtung erfolgt in der Regel bei Drücken im mTorr-Bereich, insbesondere zwischen 0,5 mTorr und 100 mTorr. Dieser Druckbereich ist notwendig, um den Sputterprozess zu erleichtern, bei dem ein Targetmaterial mit Ionen aus einem Plasma, in der Regel Argon, beschossen wird, wodurch Atome aus dem Target herausgeschleudert werden und sich auf einem Substrat ablagern.
Erläuterung:
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Basisdruck und Gaseinleitung: Bevor der Sputterprozess beginnt, wird die Vakuumkammer auf einen Basisdruck evakuiert, der normalerweise im Bereich von 10^-6 mbar oder darunter liegt. Diese Hochvakuumumgebung sorgt für saubere Oberflächen und minimale Verunreinigung durch Restgasmoleküle. Nachdem der Basisdruck erreicht ist, wird ein Sputtergas, in der Regel Argon, in die Kammer eingeleitet. Der Gasfluss kann erheblich variieren, von einigen wenigen sccm in Forschungseinrichtungen bis zu mehreren tausend sccm in Produktionsumgebungen.
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Betriebsdruck während des Sputterns: Der Druck während des Sputterprozesses wird kontrolliert und im mTorr-Bereich gehalten, was 10^-3 bis 10^-2 mbar entspricht. Dieser Druck ist entscheidend, da er die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle und die Effizienz des Sputterprozesses beeinflusst. Bei diesen Drücken ist die mittlere freie Weglänge mit etwa 5 Zentimetern relativ kurz, was sich auf den Winkel und die Energie auswirkt, mit der die gesputterten Atome das Substrat erreichen.
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Einfluss des Drucks auf die Abscheidung: Die hohe Dichte des Prozessgases bei diesen Drücken führt zu zahlreichen Zusammenstößen zwischen den gesputterten Atomen und den Gasmolekülen, so dass die Atome in zufälligen Winkeln auf dem Substrat ankommen. Dies steht im Gegensatz zur thermischen Verdampfung, bei der sich die Atome dem Substrat in der Regel in normalen Winkeln nähern. Die Anwesenheit des Prozessgases in der Nähe des Substrats kann auch zu einer Gasabsorption in die wachsende Schicht führen, was möglicherweise mikrostrukturelle Defekte verursacht.
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Elektrische Bedingungen: Während des Sputterprozesses wird ein elektrischer Gleichstrom an das Targetmaterial angelegt, das als Kathode fungiert. Dieser Strom, der in der Regel zwischen -2 und -5 kV liegt, hilft bei der Ionisierung des Argongases und der Beschleunigung der Ionen in Richtung des Targets. Gleichzeitig wird eine positive Ladung an das Substrat angelegt, das als Anode fungiert, die die gesputterten Atome anzieht und ihre Abscheidung erleichtert.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Druck während der Sputterbeschichtung sorgfältig kontrolliert wird, um im mTorr-Bereich zu liegen und den Sputterprozess für eine effiziente und effektive Abscheidung von Materialien auf Substraten zu optimieren. Diese Druckregelung ist entscheidend für die Steuerung der Wechselwirkungen zwischen den gesputterten Atomen und dem Prozessgas und gewährleistet die Qualität und die Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht.
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