Beim gepulsten Hochleistungsmagnetronsputtern (HiPIMS) wird eine hohe Spitzenspannung in kurzen Impulsen angelegt. Diese Pulse sind in der Regel sehr kurz und dauern zwischen 50 und 200 Mikrosekunden. Die Frequenz dieser Pulse liegt bei etwa 500 Hz. Das Tastverhältnis, d. h. das Verhältnis von "Ein"- zu "Aus"-Zeit, beträgt in der Regel weniger als 10 %. Das bedeutet, dass das System die meiste Zeit im "Aus"-Zustand verbringt.
4 Schlüsselfaktoren, die erklärt werden
1. Hohe Spitzenspannung
Die bei HiPIMS angelegte Spannung ist durch hohe Spitzenwerte gekennzeichnet. Diese hohe Spannung ist notwendig, um die hohen Leistungsdichten zu erreichen, die für ein effizientes Sputtern erforderlich sind. Die genaue Spannung kann je nach Aufbau und den verwendeten Materialien variieren. Im Allgemeinen liegt sie jedoch im Bereich von 100 V bis 3 kV.
2. Kurze Pulsdauern
Die Pulse bei HiPIMS sind sehr kurz, typischerweise zwischen 50 und 200 Mikrosekunden. Diese kurze Dauer ermöglicht die Konzentration der Energie in einem kurzen Zeitraum. Dies verbessert die Ionisierung der gesputterten Teilchen und führt zu einem höheren Ionisierungsgrad im Vergleich zum kontinuierlichen DC-Sputtern. Dieser hohe Ionisierungsgrad ist für die Verbesserung der Schichtqualität und der Haftung von Vorteil.
3. Niedrige Frequenz und Einschaltdauer (Duty Cycle)
Die Frequenz der Pulse bei HiPIMS ist relativ niedrig, etwa 500 Hz, und das Tastverhältnis beträgt weniger als 10 %. Ein niedriges Tastverhältnis bedeutet, dass das System die meiste Zeit im "Aus"-Zustand verbringt. Dies ermöglicht eine Abkühlung und Stabilisierung zwischen den Impulsen. Dieser intermittierende Betrieb trägt dazu bei, die Temperatur zu kontrollieren und thermische Schäden an Target und Substrat zu vermeiden.
4. Betriebsmodi
Je nach Pulsdauer und -frequenz kann das HiPIMS-System entweder im Spannungs- oder im Strommodus arbeiten. Im Spannungsmodus, der für kürzere Pulse und höhere Frequenzen typisch ist, liegt der Schwerpunkt auf schnellen Spannungsänderungen zur Beschleunigung der Ionen. Im Strommodus, der bei längeren Pulsen und niedrigeren Frequenzen häufiger vorkommt, hält das System einen konstanten Strom aufrecht, um den Sputterprozess aufrechtzuerhalten.
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