Für das Sputtern mit Plasma wird in der Regel ein Inertgas verwendet.
Argon ist das gebräuchlichste und kostengünstigste dieser Inertgase.
Inertgase wie Argon, Krypton, Xenon und Neon werden bevorzugt, weil sie nicht mit dem Targetmaterial oder dem Substrat reagieren.
Sie bieten ein Medium für die Plasmabildung, ohne die chemische Zusammensetzung der beteiligten Materialien zu verändern.
Welches Gas wird für das Plasma beim Sputtern verwendet? (4 wichtige Punkte werden erklärt)
1. Auswahl des Inertgases
Die Wahl eines Inertgases ist beim Sputtern von entscheidender Bedeutung, da das Gas nicht mit dem Zielmaterial oder dem Substrat chemisch reagieren darf.
Dadurch wird sichergestellt, dass der Abscheidungsprozess chemisch stabil bleibt und keine unerwünschten Verbindungen in die abgeschiedene Schicht eingebracht werden.
Argon ist aufgrund seiner Verfügbarkeit und Kosteneffizienz das am häufigsten verwendete Gas.
Es hat ein geeignetes Atomgewicht, das einen effizienten Impulstransfer während des Sputterprozesses ermöglicht, was für hohe Sputter- und Abscheidungsraten unerlässlich ist.
2. Plasmabildung
Das Plasma wird durch Ionisierung des Sputtergases in einer Vakuumkammer erzeugt.
Das Gas wird bei niedrigem Druck, in der Regel einige MilliTorr, eingeleitet, und eine Gleich- oder Hochfrequenzspannung wird angelegt, um die Gasatome zu ionisieren.
Durch diesen Ionisierungsprozess bildet sich ein Plasma, das aus positiv geladenen Ionen und freien Elektronen besteht.
Die Plasmaumgebung ist dynamisch und besteht aus neutralen Gasatomen, Ionen, Elektronen und Photonen, die sich nahezu im Gleichgewicht befinden.
Diese Umgebung erleichtert die für den Sputterprozess erforderliche Energieübertragung.
3. Sputterprozess
Während des Sputterns wird das Zielmaterial mit Ionen aus dem Plasma beschossen.
Durch die Energieübertragung dieser Ionen werden Teilchen des Zielmaterials ausgestoßen und auf dem Substrat abgeschieden.
Die Sputterrate, d. h. die Rate, mit der Material vom Target entfernt und auf dem Substrat abgeschieden wird, hängt von mehreren Faktoren ab, u. a. von der Sputterausbeute, dem Molgewicht des Targets, der Materialdichte und der Ionenstromdichte.
4. Variationen bei der Gasauswahl
Während Argon die häufigste Wahl ist, kann die Auswahl des Sputtergases auf das Atomgewicht des Targetmaterials zugeschnitten werden.
Für leichtere Elemente können Gase wie Neon bevorzugt werden, während für schwerere Elemente Krypton oder Xenon verwendet werden können, um die Impulsübertragung zu optimieren.
Bei bestimmten Sputterverfahren können reaktive Gase auch eingesetzt werden, um je nach den spezifischen Prozessparametern Verbindungen entweder auf der Oberfläche des Targets, im Flug oder auf dem Substrat zu bilden.
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