Die Plasmaabscheidung, insbesondere bei Verfahren wie der plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD), erfolgt in der Regel bei Temperaturen zwischen 250 und 350 °C.
Dieser Temperaturbereich ist viel niedriger als bei herkömmlichen Hochtemperatur-Ofenverfahren, die oft bei über 1000 °C arbeiten.
Die niedrigere Temperatur bei der PECVD wird durch den Einsatz eines Plasmas erreicht, das die chemischen Reaktionen ankurbelt und die Abscheidung von Materialien auf Substraten ermöglicht, die sonst durch höhere Temperaturen beschädigt werden könnten.
Der Prozess beginnt mit der Evakuierung der Abscheidekammer auf einen sehr niedrigen Druck.
Anschließend werden Gase wie Wasserstoff in die Kammer gespült, um alle atmosphärischen Verunreinigungen zu entfernen.
Anschließend wird das Plasma erzeugt und stabilisiert, wobei häufig Mikrowellenleistung und Tuner zur Optimierung der Bedingungen eingesetzt werden.
Die Substrattemperatur wird in Echtzeit mit optischer Pyrometrie überwacht.
Plasma zeichnet sich durch einen erheblichen Anteil ionisierter Atome oder Moleküle aus, die bei Drücken von einigen Millitorr bis zu einigen Torr arbeiten.
Der Ionisierungsgrad kann von 10^-4 bei kapazitiven Entladungen bis zu 5-10 % bei induktiven Plasmen mit hoher Dichte variieren.
Einer der Hauptvorteile von Plasmen besteht darin, dass die Elektronen sehr hohe Temperaturen erreichen können (Zehntausende von Kelvin), während die neutralen Atome bei viel niedrigeren Umgebungstemperaturen bleiben.
Dieser energetische Zustand der Elektronen ermöglicht komplexe chemische Reaktionen und die Bildung von freien Radikalen bei viel niedrigeren Temperaturen, als dies mit thermischen Mitteln allein möglich wäre.
Bei der PECVD wird das Plasma in der Regel durch eine elektrische Entladung zwischen Elektroden gezündet, die eine Plasmahülle um das Substrat herum erzeugt.
Diese Plasmahülle trägt zur thermischen Energie bei, die die für die Schichtabscheidung erforderlichen chemischen Reaktionen antreibt.
Die im Plasma durch energiereiche Elektronen ausgelösten Reaktionen führen zur Abscheidung von Materialien auf dem Substrat, wobei Nebenprodukte desorbiert und aus dem System entfernt werden.
Der Einsatz von Plasma in Abscheidungsprozessen ermöglicht die Beeinflussung von Materialeigenschaften wie Dicke, Härte und Brechungsindex bei wesentlich niedrigeren Temperaturen als bei herkömmlichen Verfahren.
Dies ist besonders vorteilhaft für die Abscheidung von Materialien auf temperatursensiblen Substraten, da es das Risiko einer Beschädigung des Substrats verringert und das Spektrum der Materialien und Anwendungen, die in Frage kommen, erweitert.
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